约100年前，英国天文学家(jia)爱丁顿曾对爱因(yin)斯坦说，受不(bu)透明度的影响，太阳和(he)其他恒星内部是宇(yu)宙中最难以探测(ce)的结构(gou)。1962年，加州(zhou)理工大学教授莱顿就偶然发(fa)现(xian)，太阳表面并非平静如镜，而是一直在振荡，仿佛在“呼吸”。在这一发(fa)现(xian)的30年后，天文学家(jia)根(gen)据太阳表面的振荡反演出(chu)了太阳的内部结构(gou)。透过太阳的“呼吸”，人们进(jin)一步认识了太阳。

太阳的影响

呵护万物(wu)生长，也“变幻无常”

大约在46亿年前，一个由气(qi)体夹杂着尘埃(ai)的巨大星云在引力扰动下开始坍缩(suo)，随着物(wu)质向中心聚集，99.86%的质量形成(cheng)了原始太阳，其余则逐(zhu)步汇聚成(cheng)八大行(xing)星、矮行(xing)星和(he)小行(xing)星，其中就有(you)我们的地球。经过约3亿年的漫长演化，地球上诞生了原始生命。

到目前为止，地球仍是我们所(suo)知唯一存在生命的星球。生命之所(suo)以能够在地球上出(chu)现(xian)并呈现(xian)千(qian)姿百态，离不(bu)开赖(lai)以生存的太阳，太阳为生命的存在和(he)繁衍提(ti)供(gong)了不(bu)可(ke)或缺的光和(he)热。更重要的是，太阳大气(qi)日冕不(bu)断往外运动形成(cheng)太阳风，从而吹(chui)出(chu)一个被称为日球层的巨大“襁褓”，将太阳系八大行(xing)星包裹其中。日球层为我们阻挡了70%的宇(yu)宙射线，从而使得地球能够在诡谲多变的浩瀚宇(yu)宙中偏(pian)居一隅、岁月静好。

然而，太阳也有(you)自己的“脾气(qi)”。太阳上的各种爆发(fa)现(xian)象，如太阳耀斑和(he)日冕物(wu)质抛射，释(shi)放出(chu)来的能量相当于上百亿颗原子弹的当量，并将几十亿吨的物(wu)质高速抛向太空。一旦(dan)这些物(wu)质撞向地球，有(you)可(ke)能产生强烈的地磁暴(bao)，严重干扰卫星运行(xing)、通信导航，甚至电网和(he)石油管(guan)道(dao)的安(an)全。1989年的太阳爆发(fa)导致加拿大魁北克省水电站的变压器烧毁，2022年的太阳爆发(fa)导致40颗星链卫星坠入大气(qi)层。太阳上面还(hai)点缀(zhui)着大大小小的黑子，黑子时多时少，呈现(xian)一个平均约11年的周期。黑子越多、太阳越亮，这就使得太阳亮度同样呈现(xian)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(xian)了几乎没有(you)黑子的“蒙德极小期”，这正好对应(ying)地球上小冰期最冷的一段时间。

地球绕太阳的轨道(dao)也不(bu)是一成(cheng)不(bu)变的，其他行(xing)星对地球的引力会让地球的轨道(dao)变得更加扁平，地球就会周期性经历寒冷的冰期。随着太阳逐(zhu)渐变老，太阳的亮度会稳步增加。10亿年后，太阳的亮度会增加10%，届时江(jiang)海湖泊都(dou)将蒸(zheng)干。50多亿年后，不(bu)断膨(peng)胀(zhang)的太阳甚至可(ke)能把地球吞没。

探索的脚步

从举头“望日”到抵近“探日”

黑子是太阳上最早(zao)被发(fa)现(xian)的神秘(mi)特(te)征。在望远镜发(fa)明之前，人类(lei)通过肉眼只(zhi)能看到很大的黑子，我国古籍中有(you)上百次关于太阳黑子的记载。1609年，伽利略发(fa)明天文望远镜之后，黑子的数目得以每日记录；1843年，施瓦布发(fa)现(xian)太阳黑子存在11年的周期；1859年，卡林顿在观测(ce)太阳黑子时意外发(fa)现(xian)了太阳耀斑现(xian)象。到了20世纪，随着望远镜性能的不(bu)断提(ti)高，越来越多的太阳结构(gou)特(te)征和(he)太阳运动陆续被观测(ce)到：1941年观测(ce)发(fa)现(xian)日冕的温(wen)度高达百万度，1959年卫星测(ce)量证(zheng)实日冕以数百公里每秒的速度往外运动形成(cheng)太阳风，1962年发(fa)现(xian)太阳表面的五分钟振荡，1971年发(fa)现(xian)日冕物(wu)质抛射现(xian)象……

工欲善其事，必先利其器。每一次望远镜性能的提(ti)升都(dou)给太阳物(wu)理带来新的发(fa)现(xian)，甚至引发(fa)我们对太阳的全新认识。400多年前伽利略观测(ce)太阳黑子的望远镜直径只(zhi)有(you)1.5厘米，而目前全世界(jie)最大的太阳可(ke)见光望远镜直径达4米。在我国，1979年建成(cheng)的南(nan)京(jing)大学太阳塔为太阳耀斑的光谱研(yan)究(jiu)作出(chu)了卓越贡献，1984年建成(cheng)的中国科(ke)学院(yuan)国家(jia)天文台磁场望远镜为研(yan)究(jiu)太阳磁场的长期演化提(ti)供(gong)了宝贵资料，2012年建成(cheng)的云南(nan)天文台红外太阳望远镜使我国的太阳观测(ce)研(yan)究(jiu)进(jin)入世界(jie)第一梯队。如今，我国的1.8米太阳望远镜已初步建成(cheng)，2.5米太阳望远镜也正在研(yan)制。这两台望远镜都(dou)采用了自适应(ying)光学技术，可(ke)以最大程度降(jiang)低地球大气(qi)抖动对观测(ce)带来的影响。

我国在太阳空间探测(ce)方面起步较晚，2001年神舟二号飞船上搭载了太阳X射线和(he)伽马射线探测(ce)器；2021年8月发(fa)射的风云气(qi)象卫星搭载了我国首个X射线和(he)极紫外成(cheng)像仪；同年10月，我国发(fa)射了羲(xi)和(he)号太阳探测(ce)卫星，在国际上首次实现(xian)全日面色球光谱空间观测(ce)，并得到了太阳低层大气(qi)自转角速度随高度和(he)纬(wei)度的分布。目前，10余个国家(jia)的科(ke)研(yan)人员正在分析羲(xi)和(he)卫星数据。2022年10月，我国发(fa)射了夸(kua)父一号太阳探测(ce)卫星，可(ke)同时测(ce)量太阳表面的磁场演化、监视太阳耀斑和(he)日冕物(wu)质抛射过程。

我国古代的“逐(zhu)日”神话(hua)，已经变成(cheng)了如今抵近“探日”的现(xian)实。

人类(lei)与太阳

从探索奥秘(mi)到生活(huo)应(ying)用

日升日落，从未停(ting)息，我们所(suo)熟(shu)悉的太阳蕴藏着大量奥秘(mi)：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(wen)度约5500摄氏度）的、日冕磁场是如何分布的、太阳爆发(fa)是如何触发(fa)的、太阳爆发(fa)会对地球产生多大的影响……

为了破解这些奥秘(mi)，科(ke)研(yan)人员在分析现(xian)有(you)观测(ce)数据的同时，也在规划未来的探测(ce)路(lu)径。对于太阳内部结构(gou)，所(suo)有(you)的电磁波都(dou)难以窥见其真容，中微子却可(ke)以，我国学者正在建造中微子探测(ce)器以研(yan)究(jiu)太阳内部的精确分布；对于日冕加热问题，美国和(he)日本都(dou)有(you)卫星发(fa)布计划，我国科(ke)研(yan)人员也在筹(chou)划抵近探测(ce)卫星；对于日地空间环境(jing)，美国和(he)我国都(dou)正在筹(chou)划立体探测(ce)网；对于太阳爆发(fa)及其对地球的影响，我国正计划在日地第五拉(la)格朗日点部署羲(xi)和(he)二号卫星；对于太阳磁场的起源，美国和(he)我国同行(xing)都(dou)在筹(chou)划太阳极轨卫星，以期首次实现(xian)对太阳极区的正面成(cheng)像。

经常会有(you)人问：研(yan)究(jiu)太阳，意义在哪里？科(ke)研(yan)的目的，一是拓展(zhan)人类(lei)的认知边(bian)界(jie)，探索大自然的奥秘(mi)；二是引领新技术的发(fa)展(zhan)。比如，地外天体通常距离我们非常遥远，天文探测(ce)经常面临的是极微弱信号，对分辨极微弱信号的需求大大促进(jin)了新技术的进(jin)步。太阳物(wu)理研(yan)究(jiu)非常重要。一方面，太阳上的各种结构(gou)和(he)爆发(fa)现(xian)象也会出(chu)现(xian)在其他恒星上或黑洞周围，但唯有(you)太阳可(ke)以被我们在相对较近的距离观测(ce)，对太阳的研(yan)究(jiu)可(ke)以为探索其他天体的奥秘(mi)提(ti)供(gong)不(bu)可(ke)或缺的参考；另一方面，太阳爆发(fa)会对人类(lei)产生灾害性影响，因(yin)此(ci)，对太阳的研(yan)究(jiu)可(ke)以为预报以及减(jian)少这些灾害性影响提(ti)供(gong)理论基础。在未来，如果火星移民和(he)星际探索成(cheng)为现(xian)实，我们需要考虑的一个重要问题就是在太空中避(bi)免太阳爆发(fa)产生的高能粒子轰击(ji)我们的身体。