太陽為什么會發(fā)光

【專家解說】：根據(jù)恒星演化學說，恒星內部一旦進行熱核反應，就進入了相對穩(wěn)定時期。而且質量大的演化快，穩(wěn)定期短;質量小的演化慢，穩(wěn)定期長。太陽的質量大約是2000億億億噸，所以它的穩(wěn)定期為100億年?？茖W家們推算，太陽目前正于它的“中年”--50億歲，也就是說太陽還能再活50億歲呢? 太陽的年齡 根據(jù)研究估計，太陽的年齡大約比地球多一兩千萬年，而利用放射性定年法，所得到的地球年齡約為47億年，因此我們可以得到太陽的年齡大約為47~48億年。 什么是放射性定年法呢? 放射性定年法是利用放射性元素衰變的原理，來反推放射性元素存在的時間，因此可以用來測量很長的時間。 宇宙不僅伸展的空間十分遙遠，而且綿延的時間極其久長。難道我們不該問一下:宇宙的年齡有多大、它將來還能活多久嗎? 在古代，對這些問題的回答只是猜想而已。例如，按照《圣經(jīng)》上的說法推算，宇宙似乎只是在大約6000年前才創(chuàng)造出來的。 1785年，蘇格蘭地質學家赫頓第一次嘗試從科學上回答這類問題。他在《地球理論》一書中估算了地球表面緩慢變化--山脈的形成，河岸的沖蝕，等等--的速率，斷定這類變化已經(jīng)延續(xù)了千百萬年。 1847年，德國物理學家亥姆霍茲率先提出“能量守恒定律”:能量既不能無中生有，也不會憑空消失，它只有從一種形式轉化為另一種形式。那么，太陽的能量是從哪兒來的呢? 假定太陽是一大堆普通的火，而它完全由碳和氧組成，那么為了維持它目前的發(fā)光速率，這堆巨大的混合物只消幾千年就會焚燒殆盡。 另一種可能是隕星撞擊太陽時的動能轉化成熱和光。亥姆霍茲算出，倘若情決果真如此，那么由于隕星的積累，30萬年后太陽的質量就會增加1%。這樣它的引力就會逐漸增強，地球的公轉就會因此而變快，地球上每一年時間的長度就會比前一年縮短兩秒鐘?？墒菍嶋H上并沒有發(fā)生這樣的情況。 一想到太陽，大家馬上就聯(lián)想到溫暖和陽光。對于太陽來講，古今中外各個民族都對太陽是一片歌頌聲。我們說太陽哺育著大地，太陽哺育著我們的地球、植物，萬物生長靠太陽。有一句俗話說，說是離了誰地球都可以轉，但是要離了太陽，地球可就轉不動了。所以太陽的優(yōu)點是非常多的，盡管這么說，我們說任何一件事情，都不可能是十全十美的。如果說太陽的優(yōu)點有99.9%，那么畢竟還有0.1%是缺點。今天我們就講講太陽的缺點，就是太陽對我們人類來講，都是好處。惟有今天我講這個題目不是那么十全十美，是什么呢?太陽風暴。你們看這個畫面上，實際上這段畫面不是人工畫的，這是真實拍照的。上面那個火焰大家可以看到，那是太陽上邊真實的火焰，當然這是用望遠鏡來拍的，不是我們肉眼看到的。那么這個火焰都有幾十萬公里，也就是說遠遠比我們地球要大得多。 那么我為了講清楚太陽風暴，我們先把太陽做一個簡單介紹，我們說太陽是非常壯觀的。我們平?？吹奶柧褪沁@個樣子，這就是我們平?？吹降奶?，我們管它叫做光球，如果你們看一下的話，這個光球上邊有一些黑的地方，這就叫做太陽黑子。當然還有其他的一些細節(jié)，這黑子還挺多。這就是我們平常眼睛看到的這個太陽，非常明亮的，我們管它叫光球。那簡單來說，太陽可以分成三層，就是我們平常普通看到的，這個就叫做光球。那就是發(fā)光，太陽的主要的光都是從這兒來的，所以我們叫做光球。除了光球以外呢，還有一層，我們叫做色球。，就是比太陽更高層，叫做色球。為什么叫色球呢?它的顏色，從總的顏色來講，是偏紅的，是帶顏色的，所以叫色球。當然色球上有很多東西，有很多結構，像這些結構呢，我們馬上會提到，就是耀斑等等。周圍還可以拍到一些它噴射的火焰，這個叫日珥。這就說這是色球，在太陽的高層，這個一般我們用肉眼是看不到的。那么再外面一層叫做日冕，這個日冕你一看就知道，這是日全食時候拍到的。日全食的時候大家知道，月亮把太陽擋住了，太陽看不到了。但是周圍還有一圈非常漂亮發(fā)白顏色的光，這個叫日冕。這個日冕可大可小，跟太陽的活動有關系。 太陽我們一般人類感覺到的，太陽怎么樣呢?就是給我們溫暖，給我們陽光，這是我們感覺到的。除此之外太陽還在這地方不停地向我們吹風，我們管它叫做太陽風。這個風是風和日麗，一般吹來，影響都不大。除了一般地給我們吹風以外，它還要吹比較厲害的風，就像我們刮沙塵暴一樣。平常的風給我們吹沒關系，但是要出太陽風暴，那就受不了!那么人類什么時間發(fā)現(xiàn)了太陽風暴呢?二次世界大戰(zhàn)發(fā)現(xiàn)的，大家知道二次世界大戰(zhàn)期間，德國非常地猖狂，把整個歐洲都給占領了，惟有一個國家它沒有占領，就是英國。德國人不甘心，就經(jīng)常派飛機去轟炸英國，可是，后來德國人就發(fā)現(xiàn)，德國人每次到英國去的時候，英國就知道了。這飛機要來，防備得非常好，那么英國為什么能防備呢?它主要是發(fā)展了雷達的技術，可是德國人不知道。當時德國納粹第二號人物叫格林，他就懷疑是不是納粹黨里邊出叛徒了，把每次派飛機的情報告訴英國，實際上不是，英國有海岸的警戒雷達，可是突然有一天英國海岸警戒雷達也失靈了，來飛機看不見了，那么英國人也懷疑，哎呀!是不是德國有什么間諜打到我這里邊來給我破壞了，也不敢吭聲。等二次世界大戰(zhàn)完了以后，英國才把這個秘密泄露，就是當時破壞英國海岸警戒雷達的，不是德國的間諜，而是太陽。就是太陽發(fā)怒了，太陽風暴給它破壞了。這個是1942年，所以這個就作為天文上邊真正看到，從天體發(fā)來的巨大的無線電波的一個紀念。那么這是第一次人類感受到太陽風暴的危害，所以，我們就說一下太陽風和太陽風暴，我們先說太陽風。 我們看到的太陽發(fā)來的光這都是無線電波，這個不叫太陽風。那么除此之外，太陽還老在不停地向我們吹風，這個叫太陽風，那么太陽風是怎么產(chǎn)生的呢?大家看一個圖就知道了，這就是太陽噴發(fā)出來的一些離子流，吹到我們這兒來了。那這邊表示是地球，因為地球有磁場，來了以后這個風就從地球的周圍，就吹過去了，這個就是太陽風。那最早提出太陽風概念的，是美國一個天文學家叫帕克，提出太陽風的概念。有了太陽風以后，這個概念提出來以后，大家就意識到太陽風可能很重要，所以就進行研究。那么吹太陽風有沒有證據(jù)，有證據(jù)，我列了三項主要的證據(jù)，就是太陽風的證據(jù)，第一個是叫極光。極光很漂亮，我們看幾個極光的照片，這就是極光的照片，這也是極光的照片，非常漂亮。所謂叫極光，主要指的是在兩極，因為我們人類大部分都在北半球活動的多，所以一般叫北極光，實際上南極也有，南極光也有，兩極都有。因為太陽風吹來以后，太陽風主要都是一些帶電的離子，所以風吹出來的時候，它是集中在地球的兩極，北極和南極，那么帶電的離子來了以后，侵入到地球，因為是帶電離子，那么沿著磁力線走，然后和地球大氣一撞擊，就發(fā)光了，這就是所謂叫做極光。除了極光以外，我還提到了，還有什么呢?黃道光，我們知道，我們的地球繞著太陽旋轉，是在大體上一個平面上面，九大行星繞太陽旋轉，都在一個大體平面上，什么平面呢?我們叫黃道面，所以這個太陽風吹來的話，也是沿著黃道面吹來的。有很多就到了我們地球的兩極了，其中就產(chǎn)生極光，有的就在黃道面上，平著就吹過來了，那就是正好在黃道方向，能夠看到光，這個就叫黃道光。此外我們說第三個證據(jù)，就是彗尾，彗星的尾巴。你看這個彗星的尾巴有個特點，都背向太陽，這是彗星被太陽烤熱以后蒸發(fā)，蒸發(fā)以后它的尾巴就背向太陽，背向太陽的原因，一個是有光壓，光有壓力把它往后吹，另外有太陽風，因為太陽從外邊，四周吹風，就把彗星的尾巴，就吹得背向太陽，這些都證明了太陽在不停地向外刮風，我們管它叫做太陽風，那么太陽刮風的話，因為它是不停地在刮，那這個風來自什么地方呢?主要的來自太陽的日冕，就是最外層，就是正常的刮風，從日冕層就吹出來了，這個對我們地球來講，幾乎是沒有什么影響，或者說是影響非常非常小，就是正常的刮風，除此之外還有厲害的，就叫做太陽風暴。那太陽風暴來自什么地方呢?主要來自太陽活動區(qū)的爆發(fā)，我們說太陽不是那么平靜的，上面有各種各樣的活動區(qū)，就是活動的東西。這些活動區(qū)要是一爆發(fā)，一發(fā)怒，從這個地方噴發(fā)出來，有時候在日冕層再給加速一下等等，這樣來的，就厲害了，這就叫做什么呢?太陽風暴，就像我們地球上一樣，平常刮風沒關系，但是要刮成什么，刮成沙塵暴就受不了。而這個沙塵暴它不是說這個風里邊都有沙塵暴，其實是有一個沙塵暴的源，就是一個地方搞得不好，這地方生態(tài)破壞特別嚴重。所以那個地方出現(xiàn)沙塵暴了。所以我們類比的話，也就相當于太陽上有個別的活動區(qū)，它突然活動激烈，噴發(fā)出來，這樣出來的話就是太陽風暴。太陽上有哪些活動區(qū)呢? 第一個我們就說到叫太陽黑子，這是我們人類最容易看到的，這就是一個太陽黑子的局部照片。我們說太陽上這個黑子出現(xiàn)還是挺多，出現(xiàn)的機會挺多。但是有些個別大的太陽黑子，要出現(xiàn)的話，就有可能引發(fā)太陽風暴。你看這個黑子有一定的結構，中間是黑的，然后周圍呢，顏色淺一點，我們管它叫太陽黑子。實際上這個黑子黑不黑?你要單把太陽黑子拿出來，一點也不黑。我們說太陽的表面溫度是多少度呢?六千度，這個黑子的表面溫度大約是四千多度，或者是不到五千度，或者五千度左右。也就是說這個黑子的表面溫度比太陽的溫度低了一千多度，所以一反差我們看上去是變成黑子了，假如說真要是有一天太陽變成太陽黑子了，你看上去還是非常亮的一個太陽，變化不是很大，才差了一千度。你看黑子周圍有一個細節(jié)，我讓你看一下，你注意一下黑子周圍，一個顆粒接著一個顆粒的。這個叫什么呢?叫米粒組織，這個在太陽光球里面也可以看到。這個米粒組織是什么呢?簡單講就是我們粥鍋開鍋了，這個粥開鍋了，它一樣，也是往上翻，翻出來一個一個的米粒，不過它這個“米”比咱們煮粥的那個米可就大多了，這一個米粒有多大呢?有幾百公里，也可以到一千公里，就這一顆米粒，就有幾百公里到一千公里，這就是米粒組織。那么我順便說一下，如果這個地方的空氣條件什么等等非常非常好，那就可以弄一個非常小的望遠鏡，就可以看到米粒組織，那就要求條件很好，我這個當?shù)氐目諝夥浅：?，就是大氣寧靜，光線非常好就可以看到。所以這個米粒組織不是說隨便放一個望遠鏡就能看到，還要求這個觀測的地點也非常好，所以我們要想看太陽看得好，一般選到湖邊的地方，或者周圍有森林的地方等等非常寧靜的地方，才能看得非常清楚，不管怎么說，太陽上經(jīng)常出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，就是太陽黑子，如果有個別大的太陽黑子出現(xiàn)，就預示著有可能出現(xiàn)太陽風暴。所以這是太陽活動區(qū)的一個主要的一項叫太陽黑子，中國古代就有太陽黑子的記錄，不但看到了，大小都給你估算出來了，位置都知道了，就這種黑子記錄在我們國家有二百多次，那同學可能就要問了，他怎么看到，我怎么看不到，說明我們古代人很聰明，就是說他注意觀察天象，你看他什么時間看呢，他叫“日出黃”，他就在日出和日沒的時候，正好那個太陽剛出來，有一層薄云或者薄霧擋著，要不然你拿眼睛看著太陽也受刺激，那么看見以后，就可以記錄太陽黑子。據(jù)說古代人還有一種辦法看這個太陽黑子，怎么看呢?弄一個大臉盆，臉盆里邊放上水，這個太陽在水上面一映照，反射一個太陽像，上邊就看到有黑子，所以我們古代人真聰明，真正有記錄的，我們記錄多少次，二百多次，那真是了不起，就是說我們的祖先對于天象來講非常關心，也非常聰明，包括太陽黑子都能看見，這是真不容易。 我們說除了太陽黑子的影響以外，另外還有一個影響出現(xiàn)太陽風暴的一個活動區(qū)，我們管它叫做太陽耀斑。引發(fā)太陽風暴主要的直接的原因往往不是太陽黑子，往往直接的是什么呢?太陽耀斑。所以太陽耀斑的監(jiān)測，比監(jiān)測太陽黑子還重要，當然太陽耀斑監(jiān)測需要更好的儀器，要有一個望遠鏡，這個望遠鏡是專門看色球的，所以我們管它叫做色球望遠鏡。這個監(jiān)視太陽耀斑，就比較容易監(jiān)視。當然除了在地面上監(jiān)視以外，我們還可以到太空里面去監(jiān)視，放一個太空的望遠鏡來監(jiān)視這個耀斑。我們看另外一個耀斑，這是另外一個耀斑，這是有幾秒鐘的爆發(fā)現(xiàn)象。這是又一個耀斑，局部的一個耀斑。你看這個耀斑非常非常的明亮，那么耀斑的旁邊，那個黑的下邊就是太陽黑子，所以這個耀斑往往就與太陽黑子重疊出現(xiàn)，耀斑基本上是我們太陽風暴的一個加速的一個關鍵的一個機制。因為耀斑里邊溫度特別高，磁場強度特別強。它的磁力線的結構也非常突出，所以很適合就造成一個發(fā)動機一樣往外噴發(fā)，當然除了耀斑以外還有其他的東西。 比方說太陽日珥，太陽日珥就是從太陽的四周噴發(fā)的火焰，這就是一個典型的太陽日珥。這個日珥的高度有多高呢?三十七萬公里。日珥的高度有這么高，那么這種日珥噴發(fā)，也有可能引發(fā)太陽風暴。這是另外一個，又是日珥，又顯示耀斑。你看這個地方，亮的是耀斑，這個地方噴射的巨大的火焰就是日珥，就是說連耀斑帶日珥一起從太陽就噴發(fā)出來。此外，除了我說的，黑子耀斑和日珥以外，還有其他的各種活動區(qū)，很多。我們看一下，比方說你看這個到處都在放光，都在噴發(fā)，這也是一個真實的照片。有其他的活動區(qū)來噴發(fā)的，還有這個是從日冕噴發(fā)出來的叫日冕環(huán)。這可不是一個水的噴泉，但是看上去像噴泉一樣，非常漂亮。這是真實的照片，從日冕里邊噴發(fā)出來的一些日冕環(huán)，這個也能夠引起太陽風的異常。 這張照片我讓你綜合看一下，就說看一下各種活動區(qū)。那就告訴你，你看一下，我這半邊是顯示的光球，你看上面有黑子，這半邊顯示的是色球，這些最亮的就是耀斑，此外我周圍顯示的就是日珥的噴發(fā)等等，那角上這個是，這個位置的一個局部的用X射線光拍的，一個明亮的大耀斑，也就是說這個太陽上邊，有好多個活動區(qū)，都可以引發(fā)太陽的劇烈爆發(fā)。然后造成太陽風暴，噴發(fā)到我們地球上，所以造成太陽風暴的太陽上的各種活動區(qū)還是很多的，但是比較集中的，原因最直接的。我提了，就是耀斑，像這一個就是耀斑，所以我們現(xiàn)在監(jiān)測太陽風和太陽風暴，正常情況下我們用太陽黑子就可以。但是呢，這太陽黑子往往還不是直接，可能是一個前導，我們看的太陽黑子數(shù)多了，有可能出現(xiàn)太陽風暴，我們就抓緊監(jiān)測，那么主要監(jiān)測還是通過色球層來監(jiān)測，還有通過高空衛(wèi)星里邊監(jiān)測，X射線輻射來監(jiān)測，那么監(jiān)測的對象，我一再強調主要一個對象之一就是耀斑，這個往往是更重要的，這樣我們就可以監(jiān)測太陽的活動，特別是監(jiān)測太陽風暴的活動。 好了，那么我們說太陽風暴對我們地面有這么大的危害，為什么呢?實際上太陽風暴刮來的速度，并不是很高，我們知道最快的速度是什么?電磁波。從太陽發(fā)的光到我們這兒來，這速度最快，其他都是些帶電的離子，太陽風暴來得危害為什么比較大呢?我們看一下它的組成就知道了，這些都是正常的風，但是變成太陽風暴以后，它這個成分就有所變化，這個變化的主要特點，就是它的輻射，突然增強。就是一塊云團，真是像一塊沙塵暴一樣。整個一個云團就過來了，所以這種現(xiàn)象對地球就有危害了。強的電磁輻射來了以后，那地面就受影響了，那么高能的離子流要來得太多，地面也要受影響。等離子體云來了以后，更要受影響。 我可以講幾個具體的例子，據(jù)說二十世紀六十年代初的時候，我們周總理去訪問非洲。訪問過程中，突然跟周總理座機的聯(lián)系就中斷了，那當然非常擔心了，我們敬愛的總理在那兒訪問，會不會有敵人破壞等等。后來就發(fā)現(xiàn)不是，是太陽有風暴騷擾，影響了地面的通訊。這就是說太陽風暴的影響，所以前些年通訊部門對太陽風暴非常關心，經(jīng)常問太陽有沒有問題?一有問題我這通訊就不靈了等等。那么現(xiàn)在我們的通訊水平提高了，受太陽風暴的影響會小一些。但是即便如此，也受影響。一般的太陽風暴我們影響就力度不是那么大了，原因是我們現(xiàn)在通訊水平提高了?？墒沁@個太陽風暴要特別強的時候，我們地球上還是頂不住，目前的科技還是受影響。 那么一般說來，太陽風暴都有哪些影響和危害呢?我們可以總結一下，一件事情是干擾太空。第二它是干擾地磁，我們知道地球是有磁性的，有指南針南極北極有磁場，這個磁場用處還是很多的。我們通過測量磁場了解地球的一些活動，甚至說通過磁場有異常的話，我們還可以監(jiān)視地震等等。所以這個磁場是很有用的，如果有了太陽風暴以后，這個地磁場就會受干擾，發(fā)生地磁暴。各種干擾很多，這是對我們地球磁場有直接的干擾。還有一條呢，這是對我們人類直接有關系的，什么呢?就是影響衛(wèi)星的運轉和通訊，關于通訊這一部分我要解釋一下，因為這個太陽風來了以后，首先就打到什么地方呢?是打到我們地球的表層，這個太陽風比較難說先打到人身上，因為還要通過一個地球大氣，在通過地球表層的時候，我們的地球非常好。我們的地球大氣就是給地球穿了一件衣服，保護著我們，要不然在遠古歷史上，在地球的發(fā)展史上，太陽的風暴肯定很多，沒有把我們地球摧垮，主要原因是什么呢?我們地球有個大氣，在這保護著呢，沒關系。那么太陽風來了，或者太陽風暴來了，首先打擊的是什么?是我們地球的高層大氣，其中有一層叫做電離層。為什么叫電離層?這一層就是由太陽風的離子把我們地球高層大氣給電離了，就這意思，這一層除了保護我們地球以外，還有一個很重要的作用，因為它是電離的這一層，所以它有一個功能，有個什么功能呢?就是電磁波可以反射，簡單說，電磁波只要打到這個電離層上去，它就可以反射下來。這一件事情對我們地面的通訊非常重要，所以我們這個地面的通訊特別是遠距離的通訊，都要通過電離層來反射。就是我這地方有個發(fā)射站，發(fā)上去，電離層然后反射，像接力一樣就打到那個地方去，就可以了。我剛才說的周總理的座機在那兒出問題，就是這個電離層被干擾了。電離層由于太陽風來了以后，電離層的電離度就發(fā)生變化，它的高度也發(fā)生變化，那你這個反射面就怎么樣?就變了。所以你再打上去再打下來，下邊就接不到了，信號就不好了，這就是說有這個影響。 那么講到這兒我就要問一個問題，這個太陽風暴會中止嗎?有太陽風暴多麻煩，能不能讓太陽風暴中止?我們說太陽風暴中止不了，只要有太陽，就有太陽風暴，就有太陽風，太陽存在一天，太陽風就存在一天。太陽風暴來的可能性就存在，所以是永遠不會中止。那什么時候能中止呢?太陽不發(fā)光了、就中止了。太陽只要發(fā)光，就不能夠中止。 那么太陽任何事情都有個終結，太陽會不會變老呢?也會，對太陽來講的話，年老以后呢，就越來越老，等里邊的氫燃燒得差不多了，這個太陽會變成一個紅巨星。那么變成紅巨星呢，有可能要引發(fā)一次爆發(fā)。這太陽可能要爆發(fā)，那么太陽要爆發(fā)一下，我們人類可就受不了。不過這個時間還很遙遠，我們說現(xiàn)在太陽的年齡大約就是五十億年，非常簡單，五十億年。太陽的壽命有多少呢?一百億年，非常好記，一百億年。也就是太陽還有多長時間活呢?還有五十億年。所以我們盡管放心，五十億年沒有問題。但是你得考慮五十年以后的事情，如果以后呢，太陽要是爆發(fā)，有可能變成一個紅巨星，這是目前我們觀測一個紅巨星，叫心宿二。你看一下，這邊對比一下，這個是太陽系，就是我們太陽系加在一起，都沒有這個紅巨星大。所以太陽真要爆發(fā)一下，我們這個地球的位置就不行了，我們得想辦法趕緊搬家。那是以后的事情了，現(xiàn)在不用著急。可是太陽風暴，我想我們還得關心，為什么還得關心呢?因為我們現(xiàn)在人類的科學技術發(fā)展實在是太快了，到太空去旅游都有可能。當然現(xiàn)在我們要學楊利偉出去一趟很難，如果登一次月更難!但是說不定呢，在有不遠的將來，可能人類就可以到月球上去沒問題，已經(jīng)有人去過了。也可以到火星上去，就是將來就可能有宇宙的旅游公司，買張票我們就到月球上去了。這時候太陽的風暴就關心了，現(xiàn)在你們出門旅游的話，看什么?看天氣預報，天氣預報不好不敢去。如果將來你們要到月球和火星去旅游，你最關心的是什么?太空的天氣預報，而太空的天氣預報主要是來自什么?來自太陽。所以我相信到那會兒的話，大家對太陽風暴那就是更加關心了。