太阳风：神奇效应及其探索

2023-08-14 理论教育版权反馈

【摘要】：60年代初，人造卫星和探测器在空间所进行的观测，不但证实了太阳风的存在，而且给出了太阳风的平均密度、速度等特征。近年来，天文学家确已发现一些年轻恒星正以类似太阳风的形式失去物质。长期观测表明，太阳风是最依赖太阳活动的现象。现在可以肯定，彗星风信旗所指示的风是由质子和电子组成的太阳风。极光也是由太阳风引起的。这两种神奇的太阳风效应，经过人们上百年的探索才搞清楚。

最近十年来，天文学上的重大发现之一就是，不仅确定了太阳的能源，而且也确定了太阳的电磁辐射。太阳跟原子反应堆一样，产生着高速原于核和电子微粒辐射，它以每秒500公里的高速奔离太阳的表面，几天后就能到达地球。它比声速快100多倍。然而，在几年前，人们对今天发现的这种太阳特性，还是完全陌生的。太阳这颗恒星对我们生存的意义，现在要重新认识。就今天判断的结论而言，从这个发现中便能得出，太阳对地球来说，是生命形成和发育的源泉，因为它向我们提供了无法得到的能量，又是那么慷慨无私，那么多。太阳使我们避免了从宇宙深处射来的致命影响，为了能对此有所了解，首先，我们必须熟悉太阳的粒子流或称之谓“太阳风”。它有着神奇的效应。

长期以来，人们就已知道，任何一种神秘莫测的古怪力量都是来自太阳。当彗星接近太阳时，这种力量在一定的场合下就会表现出来。

在很早以前，由于童星或“扫帚星”的突然出现以及它们的奇特外观，人们总认为它们是天灾人祸的预兆。实际上，它们是一种较小的天体，直径为几百公里，最大者为几千公里，是一些较小的和冰冷物质的碎块所组成。它们在偏心率很大、异常长的椭圆形轨道上绕着太阳运转。根据对它们轨道的计算，得知有些彗星绕太阳一周需要几千年。当它们位于离太阳最远的地方时，与太阳的距离竞可达2～3光年！这一距离已达到太阳系与最近恒星的距离的一半。究竟与最近恒星的距离有多少还需要进一步研究，但地球的“宇航员”任何时候都能进入邻近的太阳系，因此，我们的太阳系与相邻的太阳系之间存在着一种直接的物质联系。有时在远日点，两相邻恒星的彗星轨道是相互交叉的。当彗星在近日点受到行星的引力影响，重新发生摄动，轨道变为不规则。因而，可以确切地认为，彗星轨道的远日点是会反复变换的，即一个恒星的智星可以进入到相邻恒星的引力范围，并绕后者旋转。

假设这种思想进一步发展，并考虑到大多的彗星最后由于轨道摄动的增强，那么，彗星就有可能被行星捕获而致命。它们的平均寿命可能只有100万年，最后以“流星”或“陨星”的形式坠落到某颗行星上。由此可以认为，我们的地球不仅有来自太阳系的，而且还有来自我们的宇宙近邻——某个外太阳系上的物质。

这里，我们对彗星感兴趣完全出于另外的理由，就是彗星的指向究竟意味什么力起作用？

游散的彗星物质碎块一般是冷的，由于它们离我们很远，看不见。这种彗星物质在偏心的轨道上运行，迟早总要运行到太阳附近。当它们运行到太阳附近时，在太阳的影响下，可看到前所未有的惊人壮观。由于太阳的加热作用，从固体彗核中会逸出气体。从分光镜中可以看出，它们是一氧化碳和氮。这些气体以每秒钟1000公里的高速度离开彗核，在太阳光线的照射下开始发光。只有当彗星运行到近日点及其附近时，才能形成引人注目的彗尾。彗尾的长度可达一亿公里，甚至二亿公里。

很早以前，天文学家发现，彗尾的指向有一个共同特征：总是背向太阳。现在，人们自然相信，彗星后面总是拖着长长的尾巴。不过这仅仅是从地球上所处环境的角度来推测的。宇宙空间是没有空气阻力的，究竟是什么力量使彗星有长尾巴呢？假如在一般情况下，彗尾的方向从表面上看是任意的，无规则的，难以预测的。然而，彗尾指向实际上是很有规律的，而且每一个彗尾的指向总是向太阳的。

人们可以看到彗星开始趋近太阳时，即它在轨道上的头一个位置时，后面己拖曳了一个尾巴。彗星在轨道每个位置上的尾巴指向都是背向太阳的。当彗星越过近日点后，尾巴由原来后面变为在前面顶推着。

长期以来，根据这些观测知道，任何斥力都来自太阳，它使彗尾在宇宙空间像风信旗一样。不久前，确实还不清楚这一现象是由什么力引起的，有人认为，它也许是太阳光的压力效应。很早以前，人们看到彗星尾巴总是背着太阳，由此联想到太阳是不是也有风，当然这种风不是空气而是物质粒子流。正式提出太阳风这么一个很形象化的名称是20世纪50年代的事。60年代初，人造卫星和探测器在空间所进行的观测，不但证实了太阳风的存在，而且给出了太阳风的平均密度、速度等特征。从太阳风人们又联想到其他恒星是否也有“恒星风”。近年来，天文学家确已发现一些年轻恒星正以类似太阳风的形式失去物质。

1973年天空实验室的发射，把空间太阳观测发展到空前的新时代。长期观测表明，太阳风是最依赖太阳活动的现象。当太阳赤道存在冕洞时，地球附近就观测到高速太阳风，因此天文学家认为冕洞是高速太阳风的重要源泉。

太阳风也是影响地球的重要现象之一。当太阳风向地球极区吹来时，便在地球两极电离层上绘出了美丽的图画——极光，特别是太阳黑子多的时候，极光更是频频出现，并向中纬度延伸。极光的形态千变万化，有时像一片飘逸的云浮在天空，有时像黄绿色的一段弧悬在天穹，犹如空中彩桥，也有时像天上悬下来的一块色彩绚丽的幕布，还有时像一盏巨大的霓虹灯，光彩夺目。19世纪后半叶，物理学家的实验证明，极光是地球周围的一种大规模放电过程。科学家对太阳风的认证进一步揭开了极光之谜：来自太阳的带电粒子到达地球附近，地球磁场迫使它们之中的一部分沿着磁力线集中到地球的南北磁极。当它们闯入极地的高层大气时，同时大气中的分子和原子碰撞，从而使大气中的分子和原子激发，产生出光辉，引起了极光。由空间探测器获得的行星空间探测结果表明，极光现象并不局限于地球，太阳系内某些具有磁场的行星上也有极光。

太阳“风”在含义上的表达是最恰当的和直观的，因为，在一般的含义中，它显然与辐射无关，而与物质粒子的发射有关，这种粒子是很微小的，量级为原子级。显然，这里在字面上所指的是，从太阳吹向宇宙空间的风是一种极其稀薄的风，尽管具有很大的速度，但不能使地球上的旗帜飘扬起来。但是，它的力量足以飘起稀薄得几乎无重量的物体，如彗尾。现在可以肯定，彗星风信旗所指示的风是由质子和电子组成的太阳风。极光也是由太阳风引起的。这两种神奇的太阳风效应，经过人们上百年的探索才搞清楚。

太阳风：神奇效应及其探索

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