太陽是核反應(yīng)大鍋？科學(xué)家每天24小時監(jiān)測太陽，揭示它的秘密

太陽是離我們最近的恒星。我們?nèi)祟悓μ柨梢哉f再熟悉不過了。

然而長期以來，天文學(xué)家們卻一直沒有好好地監(jiān)測過太陽。

因為太陽是一個沸騰的核反應(yīng)大鍋，要揭示它的內(nèi)部運作機制，曾是一項不可能完成的任務(wù)。

當(dāng)然現(xiàn)在不是了，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，科學(xué)家們已經(jīng)有能力去監(jiān)測太陽了，并建立了一個宇宙探測器“艦隊”，每天24小時監(jiān)測太陽，從各個角度觀察它，預(yù)測它的下一步行動。

我們對太陽已經(jīng)有了初步的了解，太陽的秘密正在被慢慢地解開。

2017年9月6日，太陽爆發(fā)出一束紫外線和X射線。這束輻射向地球發(fā)射過來，我們稱之為太陽耀斑。

太陽耀斑的爆發(fā)

耀斑是太陽表面的巨大爆炸，同時發(fā)射出光線，并烘烤其路徑上的任何東西。我們地球基本上就處于這些來自太陽的強大噴發(fā)的火線上。

這次耀斑非常強烈，導(dǎo)致地球?qū)θ找粋?cè)的無線電信號中斷，而且非常不巧的是，在這個時候，大西洋上有颶風(fēng)向加勒比地區(qū)逼近。救災(zāi)隊伍想要去救人，然而他們之間的無線電通訊，大部分時間都中斷了。

太空天氣和地球天氣結(jié)合在一起造成了非常大的混亂。為了避免再次發(fā)生這樣糟糕的情況，科學(xué)們需要能夠預(yù)測太陽接下來會做什么。

2010年2月11日，美國國家航空航天局發(fā)射了太陽動力學(xué)觀測站，簡稱SDO。它的望遠(yuǎn)鏡可以觀測太陽表面爆發(fā)出來的耀斑。

探測器一天24小時都在觀望，在不斷地警惕著太陽表面的耀斑的情況。

通過對太陽表面不斷地觀察，科學(xué)家們了解到，太陽表面會“下雨”。這種“雨”當(dāng)然不會像地球上的雨，它不是水，而是熱的等離子體。

太陽雨

整個太陽不是由固體、液體或氣體組成，而是由一種奇怪的第四態(tài)物質(zhì)組成，即等離子體。等離子體是非常熱的氣體，由于溫度太高了，所以它失去了一些電子，變得帶電。

等離子體的奇妙之處在于，一旦它帶了電荷，就可以用磁場來引導(dǎo)它。

太陽擁有太陽系中最強大的磁場，在整個恒星中盤旋流動。太陽的磁場非常復(fù)雜，太陽表面有很多磁力線環(huán)。你會看到這些美麗的圓環(huán)，這些圓環(huán)也告訴你了磁場的位置。

SDO航天器拍攝的太陽降雨視頻非常令人震撼，它顯示等離子體沿著巨大的環(huán)狀磁場線流動，這些磁場線，穿透了太陽表面。

因為太陽表面是等離子體，這些磁場環(huán)從太陽表面出來，它把等離子體吸上來，然后冷卻并落下來，于是就形成等離子體雨。

2017年9月，在破壞性的颶風(fēng)中期，無線電信號中斷前幾分鐘，我們的太陽觀測員發(fā)現(xiàn)了太陽表面發(fā)生一次爆炸。

通過對這次爆炸的觀察，科學(xué)家們直觀地看到了爆炸產(chǎn)生的機制。

太陽表面的磁環(huán)非常不穩(wěn)定。平時磁環(huán)是一個圓形，這種磁通量回路有點像輸電的電線。當(dāng)他們獨自運行的時候，一切相安無事。

但如果它們靠得太近，就會發(fā)生連接和短路，然后就會產(chǎn)生巨大的高能光爆炸。這種輻射改變了我們星球的大氣層，無線電波受到干擾并造成了停電。

太陽耀斑經(jīng)常發(fā)生，它們確實影響著我們，曾經(jīng)影響過我們，將來也會如此。

【日冕】

但是太陽扭曲的磁場不僅僅破壞了我們的通訊。我們看到耀斑時，我們必須密切注意，因為有時候，還會有更重大的事情發(fā)生。

太陽會向整個太陽系發(fā)射巨大的等離子體云。所有這些物質(zhì)都可能會來到地球，把這里弄得一團糟……摧毀我們的電網(wǎng)，摧毀我們的衛(wèi)星，甚至傷害在軌道上我們的宇航員。

2018年的11月5日，帕克太陽探測器在距離太陽約2400萬公里的軌道上運行時，一團等離子體爆炸云團擊中了它。

帕克太陽探測器

幸好，帕克太陽探測器在設(shè)計之初就考慮到了應(yīng)對這種情況，探測器被輻射硬化了，所以它幸存了下來。“輻射硬化”是指器件能夠在輻射的環(huán)境下工作的特性。

這些等離子體爆炸云團的來源就是太陽的日冕。日冕是太陽周圍的一個區(qū)域，有點像太陽的大氣層。你可以把太陽想象成一個氣體球，再往外是稀薄的氣體，綿延數(shù)百萬英里。

日冕是一個很難研究的東西，因為太陽的表面太亮了，擋住了我們的視線。我們只有在日全食時才能看到日冕，那時月亮擋住了太陽的強光。

然而，天文學(xué)家們卻不耐煩了，他們不想等到日全食。因為日全食一年只會發(fā)生一兩次，所以他們找到了一種制造人造日全食的方法。

很簡單，就是在探測器的相機前用一個圓形的圓盤遮蔽眩目的太陽，人為制造出日食，所以有時候，最好的解決方案就是最簡單的解決方案。

2012年7月，太陽與日光層觀測臺探測器(SOHO)發(fā)現(xiàn)了一大塊日冕，幾秒鐘前，另一個監(jiān)測太陽表面的探測器發(fā)現(xiàn)了一個明亮的耀斑。

這些事件之間有聯(lián)系嗎?

日冕物質(zhì)拋射其實就是劇烈的太陽耀斑。如果說太陽耀斑是爆竹的話，那么日冕物質(zhì)拋射更像是原子彈。如果日冕物質(zhì)拋射向我們，就會造成嚴(yán)重影響。

它做的第一件事就是壓縮地球磁場，這導(dǎo)致磁場重新排列，重新連接，粒子流沿著這些磁場向我們的兩極移動。一旦突破了我們地球的磁場防御，日冕物質(zhì)拋射的粒子就會造成嚴(yán)重破壞。

1972年8月，越南局勢高度緊張。當(dāng)磁性傳感器被觸發(fā)時，二十多個水雷同時引爆，一顆衛(wèi)星也因為被電磁脈沖擊穿而丟失。空軍的一個傳感器探測到，地球某處發(fā)生了類似核爆炸的情況。

科學(xué)家們很快找到了真正的罪魁禍?zhǔn)住Ｈ彰嵛镔|(zhì)拋射撕裂了地球的磁場并觸發(fā)了磁傳感器。危機很快緩和下來。

【太陽黑子】

太陽是一個巨大的等離子體球體，直徑達(dá)約139萬公里。我們無法阻止它做任何它想做的事。我們能做的就是學(xué)會預(yù)測將要發(fā)生的事情。

科學(xué)們在太陽表面發(fā)現(xiàn)移動的巨大的黑暗區(qū)域，稱為太陽黑子。

其實黑子并不“黑”，它只是比它周圍的區(qū)域暗一點，溫度比太陽的光球?qū)颖砻鏈囟纫?000到2000攝氏度，所以看上去像一些深暗色的斑點。

太陽黑子

1989年3月，一次太陽爆發(fā)，導(dǎo)致加拿大全境停電，航天飛機出現(xiàn)故障。11年后，太陽再次發(fā)出了強烈的耀斑，并檢測到有記錄以來最強大的日冕物質(zhì)拋射。

太陽有一個非常可預(yù)測的特性，但實際上又是相當(dāng)神秘的活動周期。它每11年就會變得非常非常活躍，然后它又回到了平和的狀態(tài)。

這個11年的周期讓天文學(xué)家們摸不著頭腦。但我們確實知道的一件事是，在劇烈的太陽活動之前，太陽表面似乎會出現(xiàn)暗斑，即太陽黑子。

太陽黑子是太陽表面的大片區(qū)域，比地球大得多。是由令人難以置信的強磁場干擾等離子體流動造成的。每過11年，這些黑子的數(shù)量就會增加，就像暴風(fēng)雨前聚集的云一樣。

當(dāng)開始看到越來越多的太陽黑子時，就會看到更強烈更頻繁的太陽耀斑。

但是，是什么推動了這11年的周期呢?具有諷刺意味的是，這個太陽最可預(yù)測的事情之一，同時也是最神秘的事情。

科學(xué)家們一直在為太陽黑子的周期而感到困惑。現(xiàn)在，我們終于有了飛往太陽的宇宙飛船并試圖給我們一些答案。

SOHO、SDO和STEREO航天器利用紫外線望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測太陽的大氣層。他們發(fā)現(xiàn)了穿過太陽的高能紫外線耀斑。這些光波可能與太陽黑子的周期和太陽的爆發(fā)有關(guān)。

因為我們在太陽表面看到的一切都是由其內(nèi)部深處的劇烈過程控制的。

太陽是一個非常簡單的“洋蔥”，最核心的地方是核聚變發(fā)生的地方。周圍的一層被稱為輻射區(qū)，大部分能量在這里通過輻射被推出來。

在它的周圍是所謂的對流區(qū)，那里有大量的羽流和等離子體鏈，不斷地上下移動。但與洋蔥不同的是，“洋蔥”的層會旋轉(zhuǎn)。

太陽內(nèi)部有我們從表面看不到的等離子流。太陽內(nèi)部深處的各層旋轉(zhuǎn)的速度與上面的各層不同。

太陽內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)速度可能是太陽外部的三倍。在太陽的外部，赤道的旋轉(zhuǎn)速度比兩極快。

這些等離子體層相互摩擦，產(chǎn)生了太陽強大的磁場，并產(chǎn)生了太陽黑子、等離子體環(huán)和太陽耀斑。

這種差速旋轉(zhuǎn)使磁場圍繞太陽旋轉(zhuǎn)。所以當(dāng)磁場扭曲得太厲害時它就開始打結(jié)。這些結(jié)開始浮上表面，這就是我們所看到的太陽黑子。

一旦磁場開始扭曲和相互作用，它們就能將等離子體引導(dǎo)到巨大的等離子流中，并在太陽表面和太陽表面下方形成環(huán)狀。

太陽扭曲的磁場

為什么這些事件每11年爆發(fā)一次還是個謎，但現(xiàn)在，來自太陽探測器艦隊的新觀測結(jié)果可能會提供觸發(fā)太陽周期的線索。

通過檢測到紫外線的閃爍，發(fā)現(xiàn)太陽表面下有巨大的移動磁場，在11年的周期中開始從兩極向下移動，并越來越靠近赤道。當(dāng)磁力線穿過恒星時，它們攜帶著大量的等離子體。

磁力線對地表下的等離子體起著牧羊人的作用，它們將等離子體推到太陽的赤道。磁場捕獲了大量的等離子體，就像大壩后面的水一樣，直到最終水閘打開等離子體就會沖出來。

當(dāng)磁場相遇時，它們會相互抵消，并釋放等離子體，等離子體會像海嘯一樣返回兩極。

當(dāng)?shù)入x子體從赤道反彈并擊中中緯度兩極的磁場時，就會產(chǎn)生巨大的磁場活動引發(fā)太陽黑子和太陽循環(huán)的磁場活動。

這也解釋了11年的周期。我們認(rèn)為磁場、紫外線閃爍和等離子體之間的這種關(guān)系驅(qū)動著11年的周期。

目前太陽活動周期已經(jīng)結(jié)束了，但一旦下一次等離子海嘯沖過太陽，我們的恒星就會再次啟動。在接下來的幾年里，我們將開始看到更多的太陽黑子，更多的活動，更多的耀斑。

【太陽風(fēng)】

我們經(jīng)常認(rèn)為太空是空的，但事實上，我們一直沐浴在一股風(fēng)中，一股時速達(dá)百萬英里的來自太陽的高能粒子風(fēng)，即太陽風(fēng)。

一股被稱為質(zhì)子的亞原子粒子流，不斷地從太陽的各個方向流出，并轟擊我們太陽系的各個行星。

太陽風(fēng)使水星的大氣層剝離;使金星形成嚴(yán)重的溫室效應(yīng);也削弱了火星的大氣層并最終使火星失去了海洋。火星曾經(jīng)是宜居的星球，但太陽風(fēng)很快“解決”了這個問題。

當(dāng)然我們的地球也受到太陽風(fēng)的攻擊，但是幸好我們有磁場。正是這個磁場將這些帶電粒子捕獲并將它們引導(dǎo)到地球的兩極。這就是極光的由來。

然而關(guān)于太陽風(fēng)還有一個謎：就是它的能量巨大，速度達(dá)到了162萬公里每小時。

是什么給了它能量?

天文學(xué)家認(rèn)為太陽風(fēng)的來源在日冕內(nèi)部，也就是太陽的大氣層。然而SOHO的數(shù)據(jù)顯示，在太陽表面附近，風(fēng)速接近于零!但當(dāng)太陽風(fēng)到達(dá)日冕外時，它加速到每小時116萬公里。

太陽表面和日冕之間發(fā)生了一些神秘的事情，給了太陽風(fēng)一個重?fù)簟?/p>

為了解開謎團，我們需要訪問日冕。

因此，美國國家航空航天局派出了一名“偵察員”，在敵后執(zhí)行一項大膽的任務(wù)。帕克太陽探測器，就是這個膽大妄為的“偵察員”。

它被設(shè)計用來向太陽俯沖。這個探測器實際上向太陽的深處潛去，穿過了一些日冕物質(zhì)。

利用其極紫外望遠(yuǎn)鏡，帕克發(fā)現(xiàn)了下方巨大的黑暗區(qū)域。有一個非常有趣的區(qū)域，叫做日冕洞。在那里你可以看到太陽的更深處。

日冕洞是太陽日冕中的區(qū)域，那里的大氣溫度較低，密度也較低。當(dāng)探測器經(jīng)過日冕的一個洞時，會受到更大的太陽風(fēng)。這些日冕洞似乎是太陽風(fēng)的來源。科學(xué)們認(rèn)為正是通過這些洞，太陽風(fēng)才能逃離太陽。

但最大的問題是，太陽風(fēng)是如何加速遠(yuǎn)離太陽的?

這似乎不合邏輯，你可能會認(rèn)為，當(dāng)某物離開源頭時，它可能會開始減速，或者至少保持相同的速度。但太陽風(fēng)卻不是這樣，它變得更快。

有什么東西在加速太陽風(fēng)，當(dāng)它遠(yuǎn)離太陽表面時，速度會更快，溫度也會更高。

帕克太陽探測器在太陽附近潛入……不是去看發(fā)生了什么，而是去聽。聲音這聽起來很詭異，令人毛骨悚然。

這些奇怪的聲音揭示了太陽風(fēng)的破壞力。太陽磁場的起伏會產(chǎn)生波動，波動會穿過太陽風(fēng)的粒子，這些波傳播粒子給它們提供能量。

想象一下，一個沖浪者在海浪表面滑行，速度越來越快。這些波可以使太陽風(fēng)中的粒子從每小時0公里加速到116萬公里。這樣這些太陽風(fēng)就有了足夠的動量到達(dá)太陽系深處。

太陽風(fēng)傳播的距離令人難以置信，在上篇《太陽系的邊緣到底在哪兒?答案挺沮喪的》筆者有講述過。

我們對太陽很熟悉，白天你總能看到它照亮地球，為我們提供熱量。太陽塑造了我們的世界，保護我們免受星際空間的危害，它是驅(qū)動整個太陽系的引擎。

現(xiàn)在，我們的太陽探測器艦隊通過所有不同的波長進行觀測，第一次向我們展示了太陽的工作原理。

隨著探測的進一步深入，相信我們會揭開越來越多太陽的秘密。而對于我們生命的來源，也終于有了一個了解。

標(biāo)簽： 監(jiān)測太陽 太陽秘密 太陽耀斑 太陽黑子