书城科普世界未解之谜之宇宙地球之谜
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第9章 太阳系谜团(1)

我们知道的太阳太阳与地球、月亮的最大差别在于它是一颗能够发光的巨大恒星。

为研究方便,天文学家把太阳分成了“里三层”和“外三层”。

里三层,从中心向外,依次是核反应区(太阳能量产生的区域)、辐射区、对流区(太阳能量的输送带)。“外三层”依次为光球层,色球层和日冕层。

1868年8月18日,印度发生了一次日全食。法国经度局研究员、米顿天体物理现象台台长詹森为了抓住这千载难逢的观测机会,特意带着他的考察队专程赶往印度观测,希望弄清日珥现象产生的原因。他在观测日全食时发现太阳的谱线中有一条黄线,并且是单线。而钠元素的谱线是双线,所以詹森肯定它不是早就发现的那种钠元素,第二天的观测也证实了这一点。

詹森把太阳中存在又一新元素的重大发现写信通知了巴黎科学院,1868年10月26这一天,詹森收到了另一封内容相同的信,那是英国皇家科学院太阳物理天文台台长洛克耶寄来的。两个著名科学家不约而同地发现,使人们确认了这是一个新元素。这就是在地球上发现的第一个太阳元素——氦。后来,人们在地球上也发现了氦元素。

在1869年和1870年,科学家们又进行了两次日全食观测,人们又发现了一条绿色的谱线,天文学家们证实这也是一种新元素,并给它命名为“氪”,但这个元素后来没有被列入化学元素周期表。

瑞典光谱学家艾德伦经过七十多年的研究,发现“氪”不过是一种残缺的铁原子——铁离子。它是失去9至14个电子的铁,是一种极其特殊的环境下的铁。

经过长期的观测,科学家们发现,太阳上元素最多的是氢和氦,比较多的元素有氧、碳、氮、氖、镁、镍、硫、硅、铁、钙等10种,还有六十多种含量极其稀少的元素。到20世纪80年代,科学家们认定的太阳上有73种元素。此外还可能有从氢到氦19种元素存在,其中包括9种放射性元素。

太阳上到底有多少种元素,相信随着探测技术的进步,这个谜很快就能解开。

1.光球发出明亮耀眼的太阳光,这里是人们平时看到的太阳光辉的圆面。光球并不完美,常有黑斑出现,称为太阳黑子。太阳黑子并不真黑,只是温度比周围光球低点,大约低一千五百度,以致相对“发黑”。黑子经常成群结队出现,酷似太阳大气涡旋。黑子在太阳上的位置每日在变化,据此,可以知道太阳也在自转,约二十七天自转一周。黑子变化呈周期性,即黑子数量的多少以大约十一年为一个周期。

光球面上也不纯净。布满着米粒般的粒状结构,科学家形象地称它们为“米粒组织”,其实,太阳的“米粒”硕大无比,每个的直径都有1000千米,相当于四川省那么大,“米粒”们紧密相挨,上下翻滚,酷似一锅煮开了的大米粥。

2.色球在光球外层,只有用专门的仪器才可观测到这层厚约二千米,呈玫瑰色的气体,这一层是太阳大气中最为波澜壮阔的。

首先是色球层面,它由无数细小的火舌组成,其宽度约有几百千米,高度可到6000—7000千米。远远望去,像大片燃烧的草原。

其次是色球边缘,常常突然急剧串升一片火舌般的气柱,高度达到几万千米,甚至一百多万千米,这就是日珥。日珥可谓千姿百态:有的像脱兔,有的如飞鸟,有的如轻烟浮云,有的状如喷泉飞瀑,这里可以算得上是太阳“名胜”,是太阳上最壮丽的景色。

再有,色球还有耀斑,太阳表面最“惊天动地”的爆发现象。常出现在黑子群上空的色球层中,耀斑来势凶猛,去则迅疾,短短时间里,突然增亮,耀眼一片,同时释放出巨大能量,不亚于几万至几十万个氢弹爆炸的能量。

3.色球爆发,地球遭殃1989年一次超级耀斑爆发,地球上连连作出反应。除了高纬度地区绚丽的极光让人赏心悦目以外,其余都具破坏性。许多地方电讯突然中断,这是因为地球上的短波无线电波是靠大气中的电离层对它们的反射而传向远方的。耀斑的X射线会使电离层剧变,从而导致无线电通讯衰退甚至中断,给通讯部门和军事部门带来不少麻烦。地磁站记录到强烈磁暴。我们知道地球是个大磁体,自由支悬的指南针静止时总是呈南北方向的,耀斑的爆发使地磁场受到干扰,这时的指南针失灵,称为磁爆,甚至连输电网都遭到破坏。如果没有地球大气和地球磁场的双重保护,地球创伤还会更重。

4.日冕层只有在日全食中,才能看到一片青白色的日冕光区。日冕层的温度比它的发源地——太阳表面高出许多,有100万度,因此日冕物质不断向外膨胀,把许多沿着太阳磁力线的粒子流不断地喷射到行星际空间,形成著名的太阳风。太阳风风速强劲,平均每秒350千米,最高的可达到每秒1000千米,这股太阳风比地球上记录的最快风速快了500多倍。太阳风每秒带走的物质也惊人的巨大,有1000万吨太阳物质。但太阳始终还是圆形的太阳,这跟烛火原理一样,烛火中的物质不断离开火焰的可见部分,又不断从烛心得到补充。物质不断更新,外形基本不变。我们平时说,“太阳每天都是新的”,看来是与现实相符的。

5.太阳风使我们免遭宇宙射线袭击科学家用精密仪器观测,证明太阳风可见的踪迹可飞到太阳以外七千万千米的地方,可以说,太阳风不仅吹拂着最近的水星,还包围金星、地球和火星,实际上可能包括其他行星。即整个太阳系都在太阳大气范围之内,只是越来越稀薄,在太阳系与宇宙空间形成一道屏障,这道无形的屏障对地球作用非同小可,它可以不让颇具杀伤力的宇宙辐射粒子长驱直入,耀武扬威,从而使地球受伤害。那么,太阳风高速粒子流不是同样对地球产生冲击吗?答案是,地球磁场使带电粒子流被迫转向、减速,迫使它们飞向南北两极。再说,太阳风到达地球时密度也有限了,威力不算很大。而这一切,都是我们看不见摸不着的无声较量。

由此看来,今天有一点是很清楚的,要是没有太阳创造的特别环境,我们在地球上就不能生存,太阳不仅是光和能的赐与者,还是我们免受宇宙射线袭击的保护者。

黑子、耀斑、日珥、太阳风等太阳活动丰富多彩,太阳的“天气”

变幻莫测,对地球气象、水文、地震等各方面都有不程度的影响,因此,越来越多的国家不仅预报地球天气,还重视太阳“天气”的预报,因为两者确实有千丝万缕的联系。

太阳系的形成因为太阳同人的关系太密切了,所以两个多世纪以来,许多杰出的思想家都探讨过太阳系的起源。关于太阳系的起源问题,200年来因为没有一种权威说法,因此人们提出了一种又一种假说,累计起来,已经有40种之多,但其中影响比较大的,主要有以下几种观点。

灾变学说:这个学说的首创者是法国的布封。20世纪前50年,又有一些人相继提出太阳系起源于灾变。这个学说认为太阳是先形成的。在一个偶然的机会中,一颗恒星(或彗星)从太阳附近经过(或撞到太阳上),它把太阳上的物质吸引出(或撞出)一部分。这部分物质后来就形成了行星。根据这个学说,行星物质和太阳物质应源于一体。它们有“血缘”关系,或者说太阳和行星是母子关系。他们都把太阳系起源归结为一次偶然撞击事件,而不是从演化的必然规律去进行客观的探讨,因为银河系中行星系是比较普遍的,太阳系绝不应是惟一的行星系。只有从演化的角度去探求才有普遍意义。就撞击来说,小天体如果撞击到太阳上,它的质量大小,不可能把太阳上的物质撞出来,小天体必被太阳吞噬掉。1994年彗星撞击木星就是极鲜明的例证。21块彗核对木星发起连续的攻击,在木星表面仅引起小小一点涟漪,被消化掉的是彗星。如果说恒星与太阳相撞,这种机率就更小了。因此,曾提出灾变学说的一些人,后来也自动放弃了原有的观点。

星云说:这种观点首先由德国伟大哲学家康德提出来,几十年以后,法国著名数学家拉普拉斯又独立提出了这一问题。他们认为,整个太阳系的物质都是由同一个原始星云形成的,星云的中心部分形成了太阳,星云的外围部分形成了行星。然而康德和拉普拉斯也有着明显差别,康德认为太阳系是由冷的尘埃星云的进化性演变,先形成太阳,后形成行星。拉普拉斯则相反,认为原始星云是气态的,且十分灼热,因其迅速旋转,先分离成圆环,圆环凝聚后形成行星,太阳的形成要比行星晚些。尽管他们之间有这样大的差别,但是他们大前提是一致的,因此人们便把他们捏在一起,称“康德——拉普拉斯假说”。

俘获学说:这个学说认为太阳在星际空间运动中,遇到了一团星际物质。太阳靠自己的引力把这团星际物质捕获了。后来,这些物质在太阳引力作用下加速运动。类似在雪地里滚雪球一样,由小变大,逐渐形成了行星。根据这个学说,太阳也是先形成的。

但是,行星物质不是从太阳上分出来的,而是太阳捕获来的。它们与太阳物质没有“血缘”关系,只是“收养”关系。

尽管各种假说都有充分的观测、计算和理论根据,也都有致命的不足,所以一直也没有一种被普遍接受的假说。太阳系在等待着新的假说。

奇怪的太阳光

1.五个太阳同时挂在天空中国有则很古老的神话,叫做“后羿射日”。传说在远古的尧帝当政的时候,天上一下子同时出现了10个太阳!江河枯竭,草木枯死,百姓奄奄一息。在这种危难的时刻,尧帝命神箭手后羿射下太阳,挽救万民。后羿弯弓搭箭,9个太阳纷纷坠地。不想,落在地上的竟是一只只乌鸦,他们的羽毛四散在空中,随风飞去。后来天上就只剩下一个太阳了。

这只是一个美丽的传说,无需考证真伪,但天空中出现多个“太阳”,却是有人亲眼所见。

1933年8月24日上午9时45分,在我国四川省峨眉山的上空,出现一种奇异的景象,在太阳的左面和右面,各有一个太阳,人们惊奇不已。

1934年1月22日和23日,上午11时至下午4时,古城西安的人们目睹了3个太阳并排在天空的奇景。

1965年5月7日下午4时25分和6月2日晨6时,在南京浦口盘诚集的上空,接连两次出现了3个太阳当空照的景观。

1981年4月18日的清晨,海南岛东方板桥的人还碰到过5个太阳同时悬在天际的胜景。那天早晨,红艳艳的太阳已升上天空,人们习惯地抬头东望,咦,东边居然有3个太阳,相隔数米的西边还有2个太阳,太阳中间还有一条绚丽的彩环相连。这一奇景让当地人们奔走相告,议论纷纷。

看来,这种现象是时有发生的。古时候科学技术不发达,人们在天空看见未曾见过的东西,只当是“天意”。当时天灾人祸又很频繁,因此,人们更加迷信这是上帝震怒的先兆。

据史料记载,公元1156年,意大利的米兰上空,太阳周围出现三个彩环,一连数小时闪闪发光,彩环消失时,出现了三个太阳,编年史作者认为,这暗示着米兰在遭七年围攻后,末日快来临了。

历史上还记述了这样一件有趣的事实:1551年德国的马格德堡被西班牙国王卡尔拉五世的军队围攻,城中将士坚持不懈地守卫,让西班牙的围攻持续了一年多。最后,西班牙国王恼恨之下准备强攻城池。在这紧急关头,天空中出现了3个太阳,这一奇景使侵略者极端惊恐,认为苍天有意捍卫马格德堡城,于是国王慌忙下令撤军。

太阳出现的这些形状是怎么回事?太阳系中有几个不同形状的太阳吗?当然不是,太阳独一无二的地位是不容置疑的。

随着科学的进步,自然现象的谜也随之解开了。原来,这是大气变的戏法,是光学原理玩的游戏。这种现象在科学上称之为晕。

在离地面6—8千米的空气中,无论冬夏都是寒冷的,这里有大量的冰晶体,它们有着不同的形状,最常见的是六角形小柱或薄片,冰晶随着大气上下翻腾。当阳光照到这些小冰晶上,就会像照在玻璃三棱镜一般被折射,或者像射在镜面上被反射出去。由于阳光被折射后偏折出不同角度的光,就会在太阳周围绕成美丽的光环——晕。

其实,人人都见过简单的晕。在严寒的冬天,空气里充满冰晶或雪花的情况下,如果你观看街道上的路灯,很可能见到路灯周围的光晕。而彼得堡的学者洛维茨所看见的晕或许算得上最复杂的了。

请看他在1970年夏季的一次详细描述:“在太阳的周围有两个虹彩的光圈。一个大,一个小。在它们的上面和下面各有一个光亮的半弧,犹如宽大的牛角与光圈上下相连。一条与地平线平行的白色光带穿过太阳和虹彩光圈,环绕蓝天。在白色长带与小光圈交叉的地方有两个幻日光彩夺目。幻日在它朝向太阳的一侧呈红色,而背离太阳的一侧伸展着很长的发光的尾部。在白色长带上对着太阳的地方能看见三个同样的光斑。在太阳上面的小圆环上闪烁着第六个耀眼的斑点。所有这一切在天空上持续了5个小时。”

看来,多个太阳的出现是由于六角形冰晶的缘故,只有一个是真正的太阳,其余的是太阳的孪生幻影,冒牌的“假太阳”。