约100年前(qian)，英国天文学家爱(ai)丁顿曾对爱(ai)因斯坦说(shuo)，受不透明度的影响，太(tai)阳和(he)其他恒星(xing)内部是宇宙中最难以(yi)探测的结(jie)构。1962年，加州理工大学教授莱顿就偶然发现，太(tai)阳表面并非平静如镜，而是一直在振荡，仿佛在“呼(hu)吸”。在这一发现的30年后，天文学家根据太(tai)阳表面的振荡反演出(chu)了太(tai)阳的内部结(jie)构。透过太(tai)阳的“呼(hu)吸”，人们(men)进一步认识了太(tai)阳。

太(tai)阳的影响

呵护万物生长，也“变幻无常”

大约在46亿年前(qian)，一个由(you)气体夹杂着尘埃的巨大星(xing)云(yun)在引力扰动下开始坍缩，随着物质(zhi)向中心聚集，99.86%的质(zhi)量形(xing)成了原始太(tai)阳，其余则逐步汇(hui)聚成八大行星(xing)、矮行星(xing)和(he)小行星(xing)，其中就有我们(men)的地球。经(jing)过约3亿年的漫长演化(hua)，地球上诞生了原始生命。

到目(mu)前(qian)为(wei)止，地球仍是我们(men)所知唯(wei)一存在生命的星(xing)球。生命之所以(yi)能够在地球上出(chu)现并呈现千姿百态，离(li)不开赖(lai)以(yi)生存的太(tai)阳，太(tai)阳为(wei)生命的存在和(he)繁衍提供了不可(ke)或缺的光和(he)热。更重要的是，太(tai)阳大气日冕不断往外运动形(xing)成太(tai)阳风，从而吹出(chu)一个被称为(wei)日球层的巨大“襁褓”，将太(tai)阳系八大行星(xing)包裹其中。日球层为(wei)我们(men)阻(zu)挡了70%的宇宙射线(xian)，从而使得地球能够在诡谲多变的浩瀚(han)宇宙中偏居一隅、岁(sui)月静好。

然而，太(tai)阳也有自己的“脾气”。太(tai)阳上的各种爆发现象(xiang)，如太(tai)阳耀斑(ban)和(he)日冕物质(zhi)抛射，释放出(chu)来的能量相当于(yu)上百亿颗原子(zi)弹的当量，并将几十亿吨的物质(zhi)高速抛向太(tai)空。一旦这些物质(zhi)撞向地球，有可(ke)能产生强烈(lie)的地磁暴，严重干扰卫星(xing)运行、通信导航，甚至电网和(he)石油管道的安全。1989年的太(tai)阳爆发导致加拿大魁北(bei)克省水(shui)电站的变压器烧毁(hui)，2022年的太(tai)阳爆发导致40颗星(xing)链(lian)卫星(xing)坠入(ru)大气层。太(tai)阳上面还点(dian)缀着大大小小的黑子(zi)，黑子(zi)时多时少，呈现一个平均约11年的周(zhou)期。黑子(zi)越多、太(tai)阳越亮，这就使得太(tai)阳亮度同样呈现一个11年的变化(hua)周(zhou)期。虽然这种亮度变化(hua)幅度很小，却足以(yi)影响地球的树木(mu)年轮、洪(hong)水(shui)，甚至是小麦的价格(ge)。1645—1715年期间，太(tai)阳上出(chu)现了几乎没(mei)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时间。

地球绕太(tai)阳的轨道也不是一成不变的，其他行星(xing)对地球的引力会让地球的轨道变得更加扁平，地球就会周(zhou)期性经(jing)历寒冷的冰期。随着太(tai)阳逐渐(jian)变老，太(tai)阳的亮度会稳步增加。10亿年后，太(tai)阳的亮度会增加10%，届时江(jiang)海湖泊都将蒸干。50多亿年后，不断膨胀的太(tai)阳甚至可(ke)能把地球吞没(mei)。

探索(suo)的脚步

从举头“望(wang)日”到抵近“探日”

黑子(zi)是太(tai)阳上最早(zao)被发现的神秘(mi)特征。在望(wang)远镜发明之前(qian)，人类通过肉眼只能看到很大的黑子(zi)，我国古籍中有上百次关于(yu)太(tai)阳黑子(zi)的记载(zai)。1609年，伽(ga)利(li)略发明天文望(wang)远镜之后，黑子(zi)的数目(mu)得以(yi)每日记录(lu)；1843年，施瓦布发现太(tai)阳黑子(zi)存在11年的周(zhou)期；1859年，卡林顿在观测太(tai)阳黑子(zi)时意外发现了太(tai)阳耀斑(ban)现象(xiang)。到了20世纪，随着望(wang)远镜性能的不断提高，越来越多的太(tai)阳结(jie)构特征和(he)太(tai)阳运动陆续被观测到：1941年观测发现日冕的温度高达百万度，1959年卫星(xing)测量证实日冕以(yi)数百公里每秒的速度往外运动形(xing)成太(tai)阳风，1962年发现太(tai)阳表面的五分钟振荡，1971年发现日冕物质(zhi)抛射现象(xiang)……

工欲(yu)善其事，必先(xian)利(li)其器。每一次望(wang)远镜性能的提升都给太(tai)阳物理带来新(xin)的发现，甚至引发我们(men)对太(tai)阳的全新(xin)认识。400多年前(qian)伽(ga)利(li)略观测太(tai)阳黑子(zi)的望(wang)远镜直径只有1.5厘米，而目(mu)前(qian)全世界最大的太(tai)阳可(ke)见光望(wang)远镜直径达4米。在我国，1979年建成的南京大学太(tai)阳塔为(wei)太(tai)阳耀斑(ban)的光谱研究作出(chu)了卓越贡献，1984年建成的中国科学院国家天文台磁场望(wang)远镜为(wei)研究太(tai)阳磁场的长期演化(hua)提供了宝贵资(zi)料，2012年建成的云(yun)南天文台红外太(tai)阳望(wang)远镜使我国的太(tai)阳观测研究进入(ru)世界第一梯队(dui)。如今，我国的1.8米太(tai)阳望(wang)远镜已初步建成，2.5米太(tai)阳望(wang)远镜也正在研制。这两台望(wang)远镜都采用了自适应光学技术，可(ke)以(yi)最大程度降低地球大气抖动对观测带来的影响。

我国在太(tai)阳空间探测方面起步较晚，2001年神舟(zhou)二号飞船上搭(da)载(zai)了太(tai)阳X射线(xian)和(he)伽(ga)马射线(xian)探测器；2021年8月发射的风云(yun)气象(xiang)卫星(xing)搭(da)载(zai)了我国首个X射线(xian)和(he)极紫外成像仪；同年10月，我国发射了羲和(he)号太(tai)阳探测卫星(xing)，在国际上首次实现全日面色球光谱空间观测，并得到了太(tai)阳低层大气自转角速度随高度和(he)纬度的分布。目(mu)前(qian)，10余个国家的科研人员正在分析羲和(he)卫星(xing)数据。2022年10月，我国发射了夸父一号太(tai)阳探测卫星(xing)，可(ke)同时测量太(tai)阳表面的磁场演化(hua)、监视太(tai)阳耀斑(ban)和(he)日冕物质(zhi)抛射过程。

我国古代的“逐日”神话，已经(jing)变成了如今抵近“探日”的现实。

人类与太(tai)阳

从探索(suo)奥秘(mi)到生活应用

日升日落，从未停息，我们(men)所熟悉(xi)的太(tai)阳蕴藏着大量奥秘(mi)：太(tai)阳内部是如何(he)分布的、太(tai)阳磁场是如何(he)产生的、日冕是如何(he)被加热到上百万摄(she)氏度（太(tai)阳表面温度约5500摄(she)氏度）的、日冕磁场是如何(he)分布的、太(tai)阳爆发是如何(he)触发的、太(tai)阳爆发会对地球产生多大的影响……

为(wei)了破解这些奥秘(mi)，科研人员在分析现有观测数据的同时，也在规(gui)划未来的探测路径。对于(yu)太(tai)阳内部结(jie)构，所有的电磁波(bo)都难以(yi)窥见其真容，中微子(zi)却可(ke)以(yi)，我国学者(zhe)正在建造中微子(zi)探测器以(yi)研究太(tai)阳内部的精确分布；对于(yu)日冕加热问题，美国和(he)日本都有卫星(xing)发布计(ji)划，我国科研人员也在筹划抵近探测卫星(xing)；对于(yu)日地空间环境，美国和(he)我国都正在筹划立(li)体探测网；对于(yu)太(tai)阳爆发及其对地球的影响，我国正计(ji)划在日地第五拉格(ge)朗日点(dian)部署羲和(he)二号卫星(xing)；对于(yu)太(tai)阳磁场的起源，美国和(he)我国同行都在筹划太(tai)阳极轨卫星(xing)，以(yi)期首次实现对太(tai)阳极区的正面成像。

经(jing)常会有人问：研究太(tai)阳，意义在哪(na)里？科研的目(mu)的，一是拓展人类的认知边界，探索(suo)大自然的奥秘(mi)；二是引领新(xin)技术的发展。比如，地外天体通常距离(li)我们(men)非常遥(yao)远，天文探测经(jing)常面临的是极微弱信号，对分辨极微弱信号的需(xu)求大大促进了新(xin)技术的进步。太(tai)阳物理研究非常重要。一方面，太(tai)阳上的各种结(jie)构和(he)爆发现象(xiang)也会出(chu)现在其他恒星(xing)上或黑洞周(zhou)围，但唯(wei)有太(tai)阳可(ke)以(yi)被我们(men)在相对较近的距离(li)观测，对太(tai)阳的研究可(ke)以(yi)为(wei)探索(suo)其他天体的奥秘(mi)提供不可(ke)或缺的参考(kao)；另一方面，太(tai)阳爆发会对人类产生灾害性影响，因此，对太(tai)阳的研究可(ke)以(yi)为(wei)预报以(yi)及减少这些灾害性影响提供理论基础(chu)。在未来，如果火星(xing)移民和(he)星(xing)际探索(suo)成为(wei)现实，我们(men)需(xu)要考(kao)虑的一个重要问题就是在太(tai)空中避免太(tai)阳爆发产生的高能粒子(zi)轰击我们(men)的身体。