一眼萬年的太陽發(fā)現(xiàn)之旅

◆韓大洋

人類對(duì)太陽的了解與認(rèn)知，與人類自然科學(xué)水平以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。讓我們一起回顧人類歷史中對(duì)太陽由主觀感受到客觀探究的進(jìn)步，踏上由表面現(xiàn)象到內(nèi)部活動(dòng)的發(fā)現(xiàn)之旅。

第一階段 你是光、你是熱

早在遠(yuǎn)古洪荒時(shí)代，人類在蟲豸猛獸與嚴(yán)苛自然環(huán)境的狹縫中艱難生存。一群原始人在冰冷的洞穴中醒來，伴著新升的太陽慢慢舒展身體，讓陽光溫暖肌膚。在這一瞬間，他們眼中的太陽就是光明與溫暖的神，是支撐族群生存的力量源泉與精神圖騰。

第二階段 太陽也有別樣功能

太陽和地球?qū)⑦m宜的環(huán)境與充足的資源匹配給了人類，使得人類在很短的時(shí)間內(nèi)就在農(nóng)業(yè)、畜牧、經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域取得了成就。

人類通過日常觀察與學(xué)習(xí)總結(jié)領(lǐng)悟到太陽的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并用太陽的升落交替定義“天”這個(gè)時(shí)間概念。人類還用“日”這個(gè)字代表生活與勞作。透過《詩經(jīng)》中的“日居月諸，出自東方”和“一日不見，如三秋兮”以及“吉日維戊，既伯既禱”等詩句，你能感受到古人對(duì)太陽睿智的理解。

在自然科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這件大事上，人類更是將太陽的作用發(fā)揮到了極致。借助陽光照射土圭成影的長度變化，古人第一次準(zhǔn)確地劃分了四季，并在漢朝時(shí)形成了根據(jù)太陽高度角變化對(duì)應(yīng)的播、耕、種、收、儲(chǔ)這樣一套完整的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方法，也就是二十四節(jié)氣。

很快，人類開始對(duì)太陽有了新的認(rèn)識(shí)。

圖1 圭表（圖/新華網(wǎng)）

第三階段 天文觀測的新紀(jì)元

1609年，伽利略發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡，人類第一次借助光學(xué)望遠(yuǎn)設(shè)備觀測太陽，產(chǎn)生了很多研究成果。比如：第一次確定了太陽黑子是發(fā)生在太陽表面的現(xiàn)象，而不是出現(xiàn)在地球和太陽之間的遮擋物；通過對(duì)黑子的連續(xù)觀測，首次確認(rèn)了太陽存在自轉(zhuǎn)；進(jìn)一步觀測發(fā)現(xiàn)，太陽赤道區(qū)域自轉(zhuǎn)一周所用時(shí)間約為25 天，越往兩極自轉(zhuǎn)速度越慢，太陽在南北極區(qū)的自轉(zhuǎn)周期已經(jīng)延長到35 天，這是氣態(tài)星球的典型自轉(zhuǎn)方式——較差自轉(zhuǎn)。

19 世紀(jì)，德國天文學(xué)家海因里?！な┩哓悓?duì)太陽進(jìn)行了長達(dá)數(shù)十年的不間斷記錄，發(fā)現(xiàn)了重要的太陽11年活動(dòng)周期。這一觀測成果在現(xiàn)代空間天氣預(yù)報(bào)中仍起著至關(guān)重要的作用。

第四階段 光譜觀測

1665年，英國大科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了可見光的色散現(xiàn)象，揭示了光包含不同波長光的特性，光譜就是將光按照波長順序及其對(duì)應(yīng)的輻射強(qiáng)度排列出的圖案。

1814年，德國物理學(xué)家約瑟夫·馮·夫朗和費(fèi)發(fā)現(xiàn)了太陽的吸收光譜。通過譜線中的一個(gè)個(gè)“斷點(diǎn)”，人們獲取了包括太陽大氣的成分、溫度、壓強(qiáng)等重要物理信息。

1908年，美國天文學(xué)家喬治·海爾發(fā)明了一種新的太陽觀測儀器，通過觀測發(fā)現(xiàn)太陽黑子區(qū)域的磁場非常強(qiáng)，是地球磁場的數(shù)千倍。

1940年，德國學(xué)者瓦爾特·格羅特里安發(fā)現(xiàn)，太陽日冕層的溫度反而比其內(nèi)部的色球、光球?qū)痈摺?942年，科學(xué)家確定了日冕物質(zhì)由高溫等離子體構(gòu)成，并發(fā)現(xiàn)其溫度可能達(dá)百萬攝氏度。

圖2 太陽吸收光譜（圖/美國國家航空航天局）

第五階段 空間探索

1959年，蘇聯(lián)發(fā)射的“月球號(hào)”飛船首次發(fā)現(xiàn)了宇宙中的太陽風(fēng)。

1971年，美國發(fā)射“OSO-7 號(hào)”太陽觀測衛(wèi)星，通過日冕儀首次觀測到了從太陽上噴發(fā)而出的太陽等離子體。

1995年，SOHO 衛(wèi)星被發(fā)射到地球和太陽之間的拉格朗日L1 點(diǎn)，用以監(jiān)測太陽風(fēng)的速度、密度、溫度、磁場等關(guān)鍵信息。

2018年，“帕克號(hào)”太陽探測器成功發(fā)射，它將在未來數(shù)年間多次飛掠太陽表面，最近一次更是達(dá)到數(shù)百萬千米間距的“貼臉”式探測，探索日冕的內(nèi)部世界。

我國在太陽空間觀測方面起步較晚，但發(fā)展的速度非常快。1988年9月7日，自第一顆風(fēng)云衛(wèi)星進(jìn)入太空起，空間天氣探測設(shè)備就一直作為“標(biāo)配”伴隨著每一個(gè)型號(hào)。2021年，實(shí)現(xiàn)我國空間太陽觀測“零”突破的風(fēng)云三號(hào)E 星發(fā)射升空，成功獲取我國第一幅空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的太陽圖像，解決了關(guān)鍵資料卡脖子的問題，同年發(fā)射的“羲和號(hào)”太陽探測科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了國際上首次空間太陽Hα 波段光譜掃描成像，其世界最高水平的高清監(jiān)測數(shù)據(jù)已在我國空間天氣業(yè)務(wù)中得以應(yīng)用。

圖3 風(fēng)云三號(hào)E 星搭載的空間望遠(yuǎn)鏡太陽195 埃監(jiān)測圖(圖/國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心）

圖4 “羲和號(hào)”獲取的高分辨率太陽圖像（圖/南京大學(xué)羲和團(tuán)隊(duì)）

隨著人類對(duì)太陽認(rèn)識(shí)的不斷深入，太陽活動(dòng)對(duì)人類乃至整個(gè)星系的影響也將越發(fā)凸顯。