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第13章 太阳之谜(7)

小知识——如何估算日食时间

太阳和月亮的视角度大约都是半度,而月球公转一周是360度,就是每个小时移动一个月球的位置,即半度,所以从开始到结束日食最多2个小时的时间,即移动2个月球的位置,如果不是全食则时间更短。

另外,因为地球在自传,太阳在空中的位置每小时移动15度,换句话说,在30度的范围内,太阳带着月球同时移动,并同时发生日食现象。

日珥、日冕与日浪

日珥、日冕与日浪都是太阳的相关现象。太阳周围在日全食时会镶着一个红色的环圈,上面跳动着鲜红的火舌,叫做日珥;而黑暗的太阳外围包裹的一层银白色的光芒,像扣在太阳上的帽子似地,叫做日冕;而日浪则是太阳光球层物质的一种抛射现象。

下面我们分别认识一下日珥、日冕和日浪。

日珥

通常日珥发生在太阳色球层,就像是太阳面的“耳环”。日珥出现时,大气层的色球酷似燃烧着的草原,如烈火升腾的玫瑰红色的舌状气体,形状千姿百态,有的如拱桥,有的像浮云,有的如喷泉,整体看来就如同在太阳边缘的耳环,由此得名为“日珥”。

日珥的运动很复杂,例如,在日珥不断地向上抛射或落下时,若干个节点往往有着一致的运动轨迹;当日珥离开太阳运动时,速度会持续增加,而且是突发式的,两次加速之间的速度保持不变;亮度在日珥节点突然加速时也会增加。

对于这些现象,目前科学家还难以给出满意的解释,主要是因为日珥的密度比日冕大很多,但宁静日珥既不坠落也不瓦解,可长期存在于日冕中,它是靠什么力量支撑和维持着的呢?一般认为,电磁力在日珥运动中除重力和气体压力外的一个重要因素。日珥运动状态的突变可能与磁场的变化有关。

日珥可能出现在太阳南、北两半球不同纬度处,但在每一半球有两个纬度区域最为集中,而以低纬度区为主。与黑子的分布相似,低纬区的日珥的分布按11年太阳活动周不断漂移。日珥在活动周开始时在30°~40°范围内发生,然后向赤道逐渐转移,在活动周结束时所处的纬度平均约为17°。这比起太阳黑子区域来,平均纬度始终高10°左右。至于高纬度区,日珥大约出现在黑子极大期过去3年后,一直到黑子极小期。高纬度区的日珥都在45°~50°范围内,并不漂移。上述两个区域的分界约在纬度40°处。

日珥这种太阳活动现象非常奇特,温度在5000~8000K之间,升到一定高度后,大多数日珥物质会慢慢地降落到日面上,但也有些日珥物质会在温度高达200万K的日冕低层漂浮,既不附落也不瓦解,就像炼钢炉内炉火熊熊,却有一块不化的冰,而且,在物质的密度上,日珥比日冕高出1000~10000倍,两者居然能共存几个月,确实令人感到费解。

日冕

作为太阳最外围的大气,日冕的范围很大,用日冕仪只能观测到内冕,也就是接近太阳表面的那部分。它的边界离太阳表面约有200万千米。外冕是指在此以外的日冕,它向外延伸到地球轨道之外。

日冕内的物质非常稀薄,内冕密度虽然稍微大些,但也比地球大气的十亿分之一要低,几乎接近真空。日冕有时呈圆形,有时呈扁圆形,形状很不规则,结构也很精细,在太阳赤道四周,很多向外流动的“冕流”伸向远处,在太阳极区,则有一些纤细“极羽”呈羽毛状。

日冕还会产生其他一些奇特的谱线,但这并不代表日冕中还存在什么未知的元素。反之,这些谱线说明,日冕中所含元素的原子中都有不同数量的电子,而某些电子在高温条件下将摆脱原子的束缚。1942 年,瑞典物理学家本杰特爱德兰提出了一个看法,日冕中的某些特殊谱线是铁、碳和镍原子在失去电子的情况下产生的。

虽然日冕的温度可以达百万数量级,但这种超高的温度仅集中在日冕的个别原子中,而且这些原子在整个日冕中广泛分布,热量总和并不高。

日浪

日浪通常发生在太阳黑子的上空,重复出现的本领很强。就像冲浪时,沿上升的路径下落后,又会触发新的冲浪腾空而起,如此反复不停。但是,日浪的规模和高度会逐渐变小,直至消失。位于日面边缘的冲浪,表现为一个小丘,小而明亮,顶部向外急速增长(以尖钉形状)。上升的高度各不相等,冲浪从区区几百千米到5000千米不等,最大的甚至可达10000~20000千米。抛射的最大速度可达100~200千米/秒,比最快的侦察机还要快100多倍。受太阳引力的影响,当它们到达最高点后会开始下降,直至返回到太阳表面。从高分辨率的观测资料中人们发现,冲浪是由非常小的一束纤维组成,每条纤维间相距很小,作为整体一起发亮,一起运动。

新知博览——磁暴导致的极光

磁暴往往会导致极光,那么为什么极光只出现在地球两极附近?

这是因为,偶极型的地磁场磁力线在地球两磁极出没。带电粒子从太阳飞来后,因受地磁场的影响,只能沿着弯曲的磁力线螺旋式运动到地球南、北两极附近的高空。以往人们曾把整个过程简化了,认为带电粒子直接撞击地球两极上空的大气分子、原子引起产生极光,实际上,带电高能粒子进入地球磁层后,会产生两个环形电流,分别围绕地球南、北磁极,电压为4~5万伏,电流强度可达几千万安。这种电流能激发大气中的分子、原子,而当它们退激时,就会发出极光。

大部分极光呈绿色或青绿色,淡红色的斑点或条纹夹杂其中,构成了变幻莫测的奇景,胜似仙境。因此凡亲身目睹过极光的人,形容这个自然界的雄伟景象时,都会普遍感到不知该用什么词汇,整个事件像是一场由彩色火花组成的幻景。只可惜在我国即使最北的漠河地区,现在也极难看到极光。然而由于地磁两极的缓慢移动,所以随着地磁极的漂移,能看到极光的地区——极光圈也在变迁。在古代,我国北方的某些地区曾一度有缘靠近极光圈,我国古人把它称为“天剑”,能在夜间照明大地,显然这就是极光现象了。

太阳上正在发生的变化

我们每天看到的太阳,是一个处于中年时期的太阳,大约45亿岁,处于相当稳定的时期。科学家推测,约40亿年后,太阳将燃烧殆尽,先变成一个白矮星,再后就变成一个红矮星,渐渐就失去了光辉。在白矮星时期,它会行成一个大星云,其范围将超过上百倍的太阳范围。由于形成星云的各种情况不同,我们就可以看到各种各样美丽的星云,这也是宇宙中最壮丽的景象。

当然,这些还只是推测,那么我们的太阳现在都发生着哪些变化呢?

太阳质量在减少

一些科学家认为,太阳每秒钟需要消耗掉420万吨的自身质量。那么如果按此速度计算,太阳的质量在600万年后将减少1/4。

太阻在变小,自转在加快

通过定期观测天文学家发现,比起现在的太阳,1663年所记载的太阳转动速度要转得慢。同时他们还计算出,太阳的直径从1666年到1683年期间增加了将近2000千米,然后又出现有规律地缩小,并渐渐接近目前的状况。

太阳直径在变化

1981年,美国科学家埃奇在一次天文学学术报告会上指出:太阳的直径在最近100年内缩小了近1000千米。他的说法引起了科学界的注意。1988年,法国科学家首次测得太阳直径的变化,他们的研究表明:太阳的直径存在着长达一年或半年伸缩期,其范围从几十千米到几百千米不等。研究发现,太阳直径的变化很可能对地球大气特别是地球上气候的变化产生很大的影响。

太阳温度在降低

经观测发现,太阳的辐射强度自1978年以来每年下降约0.016%。科学家们设想,太阳如果这样继续变冷,一个“小冰川期”可能会在地球上再次出现。

太阳亮度在减弱

美国和瑞士的天文学家发现,太阳的亮度从1978年起已开始逐渐减弱。科学家们认为,这是因为太阳黑子数量发生了变化。如果这种现象持续若干年,将会明显地影响地球上的气候。

延伸阅读——太阳的一生

我们都知道古人用日晷来计算时间的最初用具。现在,我们也可以用日晷来比喻太阳的一生: