我們為什麼要“擁抱”太陽？（瞰前沿）

太陽，這顆距離我們最近的恆星，既是地球生命的搖籃，也是人類文明的基石。從原始部落的篝火崇拜到現代社會的清潔能源革命，從伽利略望遠鏡下的黑子觀測到帕克太陽探測器穿越日冕，人類對太陽的認知逐步深入，在持續不斷的“逐日”中瞭解太陽，在日升日落的輪迴裏解碼自然。

約100年前，英國天文學家愛丁頓曾對愛因斯坦説，受不透明度的影響，太陽和其他恆星內部是宇宙中最難以探測的結構。1962年，加州理工大學教授萊頓就偶然發現，太陽表面並非平靜如鏡，而是一直在振盪，彷彿在“呼吸”。在這一發現的30年後，天文學家根據太陽表面的振盪反演出了太陽的內部結構。透過太陽的“呼吸”，人們進一步認識了太陽。

太陽的影響

呵護萬物生長，也“變幻無常”

大約在46億年前，一個由氣體夾雜着塵埃的巨大星雲在引力擾動下開始坍縮，隨着物質向中心聚集，99.86%的質量形成了原始太陽，其餘則逐步匯聚成八大行星、矮行星和小行星，其中就有我們的地球。經過約3億年的漫長演化，地球上誕生了原始生命。

到目前為止，地球仍是我們所知唯一存在生命的星球。生命之所以能夠在地球上出現並呈現千姿百態，離不開賴以生存的太陽，太陽為生命的存在和繁衍提供了不可或缺的光和熱。更重要的是，太陽大氣日冕不斷往外運動形成太陽風，從而吹出一個被稱為日球層的巨大“襁褓”，將太陽系八大行星包裹其中。日球層為我們阻擋了70%的宇宙射線，從而使得地球能夠在詭譎多變的浩瀚宇宙中偏居一隅、歲月靜好。

然而，太陽也有自己的“脾氣”。太陽上的各種爆發現象，如太陽耀斑和日冕物質拋射，釋放出來的能量相當於上百億顆原子彈的當量，並將幾十億噸的物質高速拋向太空。一旦這些物質撞向地球，有可能產生強烈的地磁暴，嚴重干擾衞星運行、通信導航，甚至電網和石油管道的安全。1989年的太陽爆發導致加拿大魁北克省水電站的變壓器燒燬，2022年的太陽爆發導致40顆星鏈衞星墜入大氣層。太陽上面還點綴着大大小小的黑子，黑子時多時少，呈現一個平均約11年的週期。黑子越多、太陽越亮，這就使得太陽亮度同樣呈現一個11年的變化週期。雖然這種亮度變化幅度很小，卻足以影響地球的樹木年輪、洪水，甚至是小麥的價格。1645—1715年期間，太陽上出現了幾乎沒有黑子的“蒙德極小期”，這正好對應地球上小冰期最冷的一段時間。

地球繞太陽的軌道也不是一成不變的，其他行星對地球的引力會讓地球的軌道變得更加扁平，地球就會週期性經歷寒冷的冰期。隨着太陽逐漸變老，太陽的亮度會穩步增加。10億年後，太陽的亮度會增加10%，屆時江海湖泊都將蒸乾。50多億年後，不斷膨脹的太陽甚至可能把地球吞沒。

探索的腳步

從舉頭“望日”到抵近“探日”

黑子是太陽上最早被發現的神秘特徵。在望遠鏡發明之前，人類通過肉眼只能看到很大的黑子，我國古籍中有上百次關於太陽黑子的記載。1609年，伽利略發明天文望遠鏡之後，黑子的數目得以每日記錄；1843年，施瓦布發現太陽黑子存在11年的週期；1859年，卡林頓在觀測太陽黑子時意外發現了太陽耀斑現象。到了20世紀，隨着望遠鏡性能的不斷提高，越來越多的太陽結構特徵和太陽運動陸續被觀測到：1941年觀測發現日冕的温度高達百萬度，1959年衞星測量證實日冕以數百公里每秒的速度往外運動形成太陽風，1962年發現太陽表面的五分鐘振盪，1971年發現日冕物質拋射現象……

工欲善其事，必先利其器。每一次望遠鏡性能的提升都給太陽物理帶來新的發現，甚至引發我們對太陽的全新認識。400多年前伽利略觀測太陽黑子的望遠鏡直徑只有1.5釐米，而目前全世界最大的太陽可見光望遠鏡直徑達4米。在我國，1979年建成的南京大學太陽塔為太陽耀斑的光譜研究作出了卓越貢獻，1984年建成的中國科學院國家天文台磁場望遠鏡為研究太陽磁場的長期演化提供了寶貴資料，2012年建成的雲南天文台紅外太陽望遠鏡使我國的太陽觀測研究進入世界第一梯隊。如今，我國的1.8米太陽望遠鏡已初步建成，2.5米太陽望遠鏡也正在研製。這兩台望遠鏡都採用了自適應光學技術，可以最大程度降低地球大氣抖動對觀測帶來的影響。

我國在太陽空間探測方面起步較晚，2001年神舟二號飛船上搭載了太陽X射線和伽馬射線探測器；2021年8月發射的風雲氣象衞星搭載了我國首個X射線和極紫外成像儀；同年10月，我國發射了羲和號太陽探測衞星，在國際上首次實現全日面色球光譜空間觀測，並得到了太陽低層大氣自轉角速度隨高度和緯度的分佈。目前，10餘個國家的科研人員正在分析羲和衞星數據。2022年10月，我國發射了夸父一號太陽探測衞星，可同時測量太陽表面的磁場演化、監視太陽耀斑和日冕物質拋射過程。

我國古代的“逐日”神話，已經變成了如今抵近“探日”的現實。

人類與太陽

從探索奧秘到生活應用

日升日落，從未停息，我們所熟悉的太陽藴藏着大量奧秘：太陽內部是如何分佈的、太陽磁場是如何產生的、日冕是如何被加熱到上百萬攝氏度（太陽表面温度約5500攝氏度）的、日冕磁場是如何分佈的、太陽爆發是如何觸發的、太陽爆發會對地球產生多大的影響……

為了破解這些奧秘，科研人員在分析現有觀測數據的同時，也在規劃未來的探測路徑。對於太陽內部結構，所有的電磁波都難以窺見其真容，中微子卻可以，我國學者正在建造中微子探測器以研究太陽內部的精確分佈；對於日冕加熱問題，美國和日本都有衞星發佈計劃，我國科研人員也在籌劃抵近探測衞星；對於日地空間環境，美國和我國都正在籌劃立體探測網；對於太陽爆發及其對地球的影響，我國正計劃在日地第五拉格朗日點部署羲和二號衞星；對於太陽磁場的起源，美國和我國同行都在籌劃太陽極軌衞星，以期首次實現對太陽極區的正面成像。

經常會有人問：研究太陽，意義在哪裏？科研的目的，一是拓展人類的認知邊界，探索大自然的奧秘；二是引領新技術的發展。比如，地外天體通常距離我們非常遙遠，天文探測經常面臨的是極微弱信號，對分辨極微弱信號的需求大大促進了新技術的進步。太陽物理研究非常重要。一方面，太陽上的各種結構和爆發現象也會出現在其他恆星上或黑洞周圍，但唯有太陽可以被我們在相對較近的距離觀測，對太陽的研究可以為探索其他天體的奧秘提供不可或缺的參考；另一方面，太陽爆發會對人類產生災害性影響，因此，對太陽的研究可以為預報以及減少這些災害性影響提供理論基礎。在未來，如果火星移民和星際探索成為現實，我們需要考慮的一個重要問題就是在太空中避免太陽爆發產生的高能粒子轟擊我們的身體。

目前，不僅科研人員可以利用專業觀測圖片對大眾進行科普，隨着技術的不斷更新和普及，有些天文愛好者利用望遠鏡產生的觀測資料已經可以用來進行科學研究了。抬頭望向耀眼的太陽，更多人正在以不同的方式做自己的“夸父”，進一步瞭解太陽、擁抱太陽。

（作者為南京大學天文與空間科學學院教授）