约100年前，英(ying)国(guo)天文(wen)学(xue)家(jia)爱丁顿曾对爱因斯坦说，受(shou)不透明度的影响，太阳和其他恒星内部是宇宙(zhou)中最难以探测的结构。1962年，加州理工大学(xue)教授莱顿就偶然发现，太阳表面并非平静如镜(jing)，而是一直在振荡，仿佛在“呼(hu)吸”。在这一发现的30年后，天文(wen)学(xue)家(jia)根据太阳表面的振荡反演出(chu)了太阳的内部结构。透过太阳的“呼(hu)吸”，人们(men)进(jin)一步认识了太阳。

太阳的影响

呵护万物生长，也“变幻无常”

大约在46亿(yi)年前，一个由气(qi)体夹杂着(zhe)尘埃的巨大星云在引力扰动下开始坍缩，随着(zhe)物质向中心聚集(ji)，99.86%的质量形成了原始太阳，其余则逐步汇聚成八大行星、矮行星和小行星，其中就有我们(men)的地球。经过约3亿(yi)年的漫长演化，地球上诞生了原始生命。

到目前为止，地球仍是我们(men)所知唯(wei)一存在生命的星球。生命之所以能够(gou)在地球上出(chu)现并呈现千姿百态，离不开赖以生存的太阳，太阳为生命的存在和繁衍提供了不可或缺的光和热。更(geng)重要的是，太阳大气(qi)日冕不断往(wang)外运(yun)动形成太阳风(feng)，从而吹出(chu)一个被称为日球层的巨大“襁褓”，将太阳系八大行星包裹其中。日球层为我们(men)阻挡了70%的宇宙(zhou)射线，从而使得地球能够(gou)在诡谲(jue)多变的浩瀚(han)宇宙(zhou)中偏居一隅、岁(sui)月静好。

然而，太阳也有自(zi)己的“脾气(qi)”。太阳上的各种爆发现象，如太阳耀斑和日冕物质抛射，释放出(chu)来的能量相当于(yu)上百亿(yi)颗原子(zi)弹的当量，并将几十(shi)亿(yi)吨的物质高速抛向太空。一旦这些物质撞向地球，有可能产生强烈的地磁暴，严重干扰卫星运(yun)行、通信导航，甚至电网和石油管道的安全。1989年的太阳爆发导致加拿大魁北(bei)克省水电站的变压器烧毁，2022年的太阳爆发导致40颗星链卫星坠入大气(qi)层。太阳上面还点缀着(zhe)大大小小的黑子(zi)，黑子(zi)时(shi)多时(shi)少，呈现一个平均约11年的周期。黑子(zi)越(yue)多、太阳越(yue)亮，这就使得太阳亮度同(tong)样呈现一个11年的变化周期。虽然这种亮度变化幅度很小，却足以影响地球的树木年轮、洪水，甚至是小麦的价格。1645—1715年期间，太阳上出(chu)现了几乎没有黑子(zi)的“蒙德极小期”，这正好对应地球上小冰期最冷的一段(duan)时(shi)间。

地球绕太阳的轨道也不是一成不变的，其他行星对地球的引力会让(rang)地球的轨道变得更(geng)加扁平，地球就会周期性经历寒冷的冰期。随着(zhe)太阳逐渐变老(lao)，太阳的亮度会稳步增加。10亿(yi)年后，太阳的亮度会增加10%，届时(shi)江海湖泊都将蒸干。50多亿(yi)年后，不断膨胀的太阳甚至可能把地球吞没。

探索的脚步

从举头“望日”到抵近“探日”

黑子(zi)是太阳上最早被发现的神秘特征。在望远镜(jing)发明之前，人类(lei)通过肉(rou)眼只能看到很大的黑子(zi)，我国(guo)古籍中有上百次关于(yu)太阳黑子(zi)的记载。1609年，伽利略发明天文(wen)望远镜(jing)之后，黑子(zi)的数目得以每(mei)日记录；1843年，施瓦布发现太阳黑子(zi)存在11年的周期；1859年，卡(ka)林(lin)顿在观测太阳黑子(zi)时(shi)意外发现了太阳耀斑现象。到了20世纪(ji)，随着(zhe)望远镜(jing)性能的不断提高，越(yue)来越(yue)多的太阳结构特征和太阳运(yun)动陆(lu)续(xu)被观测到：1941年观测发现日冕的温度高达百万度，1959年卫星测量证实日冕以数百公里(li)每(mei)秒(miao)的速度往(wang)外运(yun)动形成太阳风(feng)，1962年发现太阳表面的五(wu)分钟(zhong)振荡，1971年发现日冕物质抛射现象……

工欲善其事，必先利其器。每(mei)一次望远镜(jing)性能的提升都给太阳物理带来新的发现，甚至引发我们(men)对太阳的全新认识。400多年前伽利略观测太阳黑子(zi)的望远镜(jing)直径只有1.5厘米，而目前全世界最大的太阳可见光望远镜(jing)直径达4米。在我国(guo)，1979年建成的南京大学(xue)太阳塔为太阳耀斑的光谱(pu)研究作出(chu)了卓越(yue)贡献，1984年建成的中国(guo)科(ke)学(xue)院国(guo)家(jia)天文(wen)台磁场望远镜(jing)为研究太阳磁场的长期演化提供了宝(bao)贵资料(liao)，2012年建成的云南天文(wen)台红外太阳望远镜(jing)使我国(guo)的太阳观测研究进(jin)入世界第一梯队。如今，我国(guo)的1.8米太阳望远镜(jing)已初步建成，2.5米太阳望远镜(jing)也正在研制。这两台望远镜(jing)都采用了自(zi)适应光学(xue)技(ji)术，可以最大程度降低地球大气(qi)抖(dou)动对观测带来的影响。

我国(guo)在太阳空间探测方面起步较晚，2001年神舟二号飞船上搭载了太阳X射线和伽马射线探测器；2021年8月发射的风(feng)云气(qi)象卫星搭载了我国(guo)首个X射线和极紫外成像仪(yi)；同(tong)年10月，我国(guo)发射了羲(xi)和号太阳探测卫星，在国(guo)际上首次实现全日面色球光谱(pu)空间观测，并得到了太阳低层大气(qi)自(zi)转角(jiao)速度随高度和纬度的分布。目前，10余个国(guo)家(jia)的科(ke)研人员正在分析羲(xi)和卫星数据。2022年10月，我国(guo)发射了夸父(fu)一号太阳探测卫星，可同(tong)时(shi)测量太阳表面的磁场演化、监视太阳耀斑和日冕物质抛射过程。

我国(guo)古代的“逐日”神话，已经变成了如今抵近“探日”的现实。

人类(lei)与太阳

从探索奥秘到生活应用

日升日落，从未停息(xi)，我们(men)所熟悉的太阳蕴藏(cang)着(zhe)大量奥秘：太阳内部是如何分布的、太阳磁场是如何产生的、日冕是如何被加热到上百万摄氏度（太阳表面温度约5500摄氏度）的、日冕磁场是如何分布的、太阳爆发是如何触发的、太阳爆发会对地球产生多大的影响……

为了破解这些奥秘，科(ke)研人员在分析现有观测数据的同(tong)时(shi)，也在规划(hua)未来的探测路径。对于(yu)太阳内部结构，所有的电磁波都难以窥见其真容，中微子(zi)却可以，我国(guo)学(xue)者正在建造中微子(zi)探测器以研究太阳内部的精确分布；对于(yu)日冕加热问(wen)题，美(mei)国(guo)和日本(ben)都有卫星发布计划(hua)，我国(guo)科(ke)研人员也在筹划(hua)抵近探测卫星；对于(yu)日地空间环境(jing)，美(mei)国(guo)和我国(guo)都正在筹划(hua)立体探测网；对于(yu)太阳爆发及其对地球的影响，我国(guo)正计划(hua)在日地第五(wu)拉格朗日点部署羲(xi)和二号卫星；对于(yu)太阳磁场的起源，美(mei)国(guo)和我国(guo)同(tong)行都在筹划(hua)太阳极轨卫星，以期首次实现对太阳极区(qu)的正面成像。

经常会有人问(wen)：研究太阳，意义在哪里(li)？科(ke)研的目的，一是拓展人类(lei)的认知边界，探索大自(zi)然的奥秘；二是引领新技(ji)术的发展。比如，地外天体通常距离我们(men)非常遥远，天文(wen)探测经常面临的是极微弱信号，对分辨极微弱信号的需求(qiu)大大促进(jin)了新技(ji)术的进(jin)步。太阳物理研究非常重要。一方面，太阳上的各种结构和爆发现象也会出(chu)现在其他恒星上或黑洞周围，但唯(wei)有太阳可以被我们(men)在相对较近的距离观测，对太阳的研究可以为探索其他天体的奥秘提供不可或缺的参(can)考；另一方面，太阳爆发会对人类(lei)产生灾害性影响，因此，对太阳的研究可以为预报以及减少这些灾害性影响提供理论(lun)基础。在未来，如果火(huo)星移民和星际探索成为现实，我们(men)需要考虑的一个重要问(wen)题就是在太空中避免太阳爆发产生的高能粒子(zi)轰击我们(men)的身体。