约100年前，英国天文(wen)学家爱丁顿曾对爱因(yin)斯坦说，受不透明度的影响，太阳和其他恒星内部是宇宙(zhou)中(zhong)最难以(yi)探测的结构。1962年，加州理工(gong)大(da)学教授莱(lai)顿就偶然发现，太阳表面并非平静如镜，而是一直(zhi)在(zai)振荡，仿佛在(zai)“呼吸”。在(zai)这一发现的30年后，天文(wen)学家根据太阳表面的振荡反演出了(le)太阳的内部结构。透过太阳的“呼吸”，人们进一步认识了(le)太阳。

太阳的影响

呵护万物生长(chang)，也“变幻无常”

大(da)约在(zai)46亿年前，一个由气(qi)体夹杂着尘埃的巨大(da)星云(yun)在(zai)引力扰动下开(kai)始坍缩，随着物质向中(zhong)心聚集，99.86%的质量形成了(le)原始太阳，其余则逐步汇聚成八大(da)行星、矮行星和小行星，其中(zhong)就有我(wo)们的地球。经过约3亿年的漫长(chang)演化，地球上诞生了(le)原始生命。

到(dao)目前为止，地球仍是我(wo)们所知唯一存在(zai)生命的星球。生命之所以(yi)能够在(zai)地球上出现并呈(cheng)现千姿百态，离不开(kai)赖以(yi)生存的太阳，太阳为生命的存在(zai)和繁衍提供了(le)不可或缺(que)的光和热。更重要的是，太阳大(da)气(qi)日冕不断(duan)往外运动形成太阳风，从而吹出一个被称(cheng)为日球层的巨大(da)“襁褓”，将太阳系八大(da)行星包裹其中(zhong)。日球层为我(wo)们阻挡了(le)70%的宇宙(zhou)射线，从而使得地球能够在(zai)诡谲多(duo)变的浩(hao)瀚宇宙(zhou)中(zhong)偏居一隅、岁月静好(hao)。

然而，太阳也有自己的“脾(pi)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，并将几十亿吨的物质高速抛向太空。一旦这些物质撞(zhuang)向地球，有可能产(chan)生强烈的地磁暴，严重干扰卫(wei)星运行、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(da)魁北克省水电站(zhan)的变压器(qi)烧毁，2022年的太阳爆发导致40颗星链卫(wei)星坠入大(da)气(qi)层。太阳上面还点缀着大(da)大(da)小小的黑子，黑子时(shi)多(duo)时(shi)少，呈(cheng)现一个平均约11年的周期。黑子越多(duo)、太阳越亮，这就使得太阳亮度同样呈(cheng)现一个11年的变化周期。虽然这种亮度变化幅(fu)度很小，却足以(yi)影响地球的树木年轮、洪水，甚至是小麦(mai)的价格。1645—1715年期间，太阳上出现了(le)几乎没有黑子的“蒙德极小期”，这正好(hao)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地球的轨道变得更加扁平，地球就会周期性经历寒(han)冷的冰期。随着太阳逐渐变老，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(shi)江海(hai)湖泊都将蒸干。50多(duo)亿年后，不断(duan)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(dao)抵近“探日”

黑子是太阳上最早(zao)被发现的神秘特征。在(zai)望远镜发明之前，人类(lei)通过肉(rou)眼只能看到(dao)很大(da)的黑子，我(wo)国古籍中(zhong)有上百次关于太阳黑子的记载。1609年，伽(ga)利略发明天文(wen)望远镜之后，黑子的数目得以(yi)每(mei)日记录(lu)；1843年，施瓦布发现太阳黑子存在(zai)11年的周期；1859年，卡林顿在(zai)观测太阳黑子时(shi)意外发现了(le)太阳耀斑现象。到(dao)了(le)20世(shi)纪，随着望远镜性能的不断(duan)提高，越来越多(duo)的太阳结构特征和太阳运动陆续被观测到(dao)：1941年观测发现日冕的温度高达百万度，1959年卫(wei)星测量证实日冕以(yi)数百公里每(mei)秒(miao)的速度往外运动形成太阳风，1962年发现太阳表面的五(wu)分钟振荡，1971年发现日冕物质抛射现象……

工(gong)欲善(shan)其事，必先利其器(qi)。每(mei)一次望远镜性能的提升都给太阳物理带来新的发现，甚至引发我(wo)们对太阳的全新认识。400多(duo)年前伽(ga)利略观测太阳黑子的望远镜直(zhi)径只有1.5厘米(mi)，而目前全世(shi)界最大(da)的太阳可见光望远镜直(zhi)径达4米(mi)。在(zai)我(wo)国，1979年建成的南京(jing)大(da)学太阳塔(ta)为太阳耀斑的光谱研究作(zuo)出了(le)卓(zhuo)越贡(gong)献，1984年建成的中(zhong)国科学院国家天文(wen)台磁场望远镜为研究太阳磁场的长(chang)期演化提供了(le)宝贵(gui)资料，2012年建成的云(yun)南天文(wen)台红外太阳望远镜使我(wo)国的太阳观测研究进入世(shi)界第一梯队。如今，我(wo)国的1.8米(mi)太阳望远镜已初步建成，2.5米(mi)太阳望远镜也正在(zai)研制。这两台望远镜都采用了(le)自适应光学技术，可以(yi)最大(da)程度降低地球大(da)气(qi)抖动对观测带来的影响。

我(wo)国在(zai)太阳空间探测方面起步较晚(wan)，2001年神舟二号飞船上搭载了(le)太阳X射线和伽(ga)马射线探测器(qi)；2021年8月发射的风云(yun)气(qi)象卫(wei)星搭载了(le)我(wo)国首个X射线和极紫外成像仪(yi)；同年10月，我(wo)国发射了(le)羲和号太阳探测卫(wei)星，在(zai)国际上首次实现全日面色球光谱空间观测，并得到(dao)了(le)太阳低层大(da)气(qi)自转角(jiao)速度随高度和纬度的分布。目前，10余个国家的科研人员正在(zai)分析羲和卫(wei)星数据。2022年10月，我(wo)国发射了(le)夸父一号太阳探测卫(wei)星，可同时(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(wo)国古代的“逐日”神话，已经变成了(le)如今抵近“探日”的现实。

人类(lei)与太阳

从探索奥秘到(dao)生活应用

日升日落，从未停息，我(wo)们所熟悉的太阳蕴藏着大(da)量奥秘：太阳内部是如何(he)分布的、太阳磁场是如何(he)产(chan)生的、日冕是如何(he)被加热到(dao)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(he)分布的、太阳爆发是如何(he)触发的、太阳爆发会对地球产(chan)生多(duo)大(da)的影响……

为了(le)破解(jie)这些奥秘，科研人员在(zai)分析现有观测数据的同时(shi)，也在(zai)规划未来的探测路径。对于太阳内部结构，所有的电磁波都难以(yi)窥见其真(zhen)容，中(zhong)微(wei)子却可以(yi)，我(wo)国学者正在(zai)建造中(zhong)微(wei)子探测器(qi)以(yi)研究太阳内部的精确分布；对于日冕加热问题，美国和日本都有卫(wei)星发布计划，我(wo)国科研人员也在(zai)筹划抵近探测卫(wei)星；对于日地空间环境，美国和我(wo)国都正在(zai)筹划立体探测网；对于太阳爆发及其对地球的影响，我(wo)国正计划在(zai)日地第五(wu)拉格朗日点部署羲和二号卫(wei)星；对于太阳磁场的起源(yuan)，美国和我(wo)国同行都在(zai)筹划太阳极轨卫(wei)星，以(yi)期首次实现对太阳极区的正面成像。

经常会有人问：研究太阳，意义在(zai)哪里？科研的目的，一是拓(tuo)展人类(lei)的认知边(bian)界，探索大(da)自然的奥秘；二是引领新技术的发展。比如，地外天体通常距离我(wo)们非常遥远，天文(wen)探测经常面临的是极微(wei)弱信号，对分辨极微(wei)弱信号的需求大(da)大(da)促进了(le)新技术的进步。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现在(zai)其他恒星上或黑洞(dong)周围，但唯有太阳可以(yi)被我(wo)们在(zai)相对较近的距离观测，对太阳的研究可以(yi)为探索其他天体的奥秘提供不可或缺(que)的参考(kao)；另一方面，太阳爆发会对人类(lei)产(chan)生灾害性影响，因(yin)此，对太阳的研究可以(yi)为预报以(yi)及减少这些灾害性影响提供理论基础。在(zai)未来，如果火星移民和星际探索成为现实，我(wo)们需要考(kao)虑的一个重要问题就是在(zai)太空中(zhong)避免太阳爆发产(chan)生的高能粒子轰击我(wo)们的身体。