太陽比任何其他恆星都離我們更近。它距離我們只有 8 光分鐘,而 Proxima Centauri 距離我們超過 4 光年。似乎我們應該知道關於太陽的一切,甚至更多。但是,它不在那裡。裸體科學講述了日光仍然隱藏的奧秘。
太陽是宇宙中最神秘的恆星,正是因為它是研究最多的
著名天文學家 Fred Hoyle 曾說過:「原則上,恆星的結構相當簡單。」 他的同事雷德曼教授反駁道:「弗雷德,你在十秒差距之外看起來也很簡單。」 事實上,從百萬分之一秒差距的距離研究太陽讓天文學家相信,我們的恆星一點也不簡單(如果是這樣,那麼其他恆星幾乎不會簡單)。
太陽在各個方面對我們體驗世界的能力都是一個令人眼花繚亂的挑戰。從古老的光學觀測到太陽中微子俘獲,人們正在以各種可能的方式對它進行仔細研究,但它仍然存在許多謎團。
普通但本土
我不想給人一種印象,即太陽是世界科學圖景中的一個實心白點。當然,我們對他了解很多。即使以非常壓縮的形式,如果將這些知識寫在一本書中,也將達到好幾卷。
讓我們試着列出最重要的論點。太陽的直徑是地球的一百多倍,質量是地球的 330,000 倍。它表面的溫度是 5500 攝氏度,而在中心 - 1500 萬。太陽大約有五十億年的歷史。這顆恆星的能源是熱核反應,每秒將 6 億噸氫轉化為氦。這種燃料足以讓這顆恆星再維持大約 50 億年,也就是說,現在它正處於其生命路徑的中間。一般來說,太陽是典型的 G 光譜恆星,在所有方面都是平均的。
太陽作為「熱核加熱器」的工作得到了很好的研究——太陽(同時也是我們)存在的主要過程。熱核反應發生在恆星的中心。這些反應產生光子。這種輻射的壓力確實從內部使太陽爆發,並且不允許重力壓縮它。光子到達地表(光球)的路徑需要數萬年:它被物質無數次地吸收和重新發射。到達光球層後,光線最終爆發到廣闊的太空中,包括為了溫暖地球。
但是,可以說,這是傑出人物的主要活動。它有很多副作用。他們往往是神秘的。
太陽軌道探測器探測到的亮點可能是電暈加熱納米耀斑。可能不是
皇冠問題
太陽最著名的謎團之一與日冕的溫度有關。日冕是太陽大氣的外層稀薄層。它距離中央熱源最遠,看起來應該相對涼爽。但它不在那裡。日冕下方的層 - 色球層 - 的溫度以數萬度測量。但是在色球層和日冕之間的一個薄薄的(大約數百公里)過渡層中,溫度突然上升到數百萬度!
為什麼?什麼使王冠變暖?無窮無盡的微小閃光的噼啪聲?還是流過等離子體的電流?或者也許像聲音一樣的波(對於老練的讀者,讓我們澄清一下:磁流體動力學)?這三個假設在科學界都有非常堅定的支持者。這意味着沒有人確切知道。媒體不時以「科學家終於揭開日冕高溫的秘密」之類的標題圈出這條新聞。如果這個秘密幾十年來沒有以令人羨慕的規律被「揭露」,他們會更加興奮。
風知道
從任何意義上說,另一個巨大的謎團是太陽風。它是帶電粒子流,主要是質子和電子,不斷從太陽中流出。太陽風有兩種類型:慢速(每秒 300-400 公里)和快速(每秒 700-800 公里)。是不是連「慢」的風都沒有那麼悠閑?
太陽風確實充滿了太陽系。誠然,它非常稀少:每立方厘米近地空間中只有 5-10 個太陽風粒子。相比之下,一杯水中的原子比海洋中的一杯水還多。對天文學家來說,物質流是物質流,地球物理學家會理所當然地稱之為真空。
關於太陽風,我們不知道的主要事情是我們是否應該對它的存在感到驚訝。一方面,日冕非常熱,儘管不知道為什麼。一些物質從它逃逸到太空似乎很自然,就像平底鍋里的蒸汽一樣。
但在天平的另一邊是太陽的巨大引力。而且我們不知道誰應該贏得這場對抗。根本沒有很好的方程來描述太陽風的流動。而那些是,在兩個方向上都解決了。換句話說,它們描述了物質從恆星流出和落到恆星上的過程。如果天文學家發現太陽 2.0,它完全有可能吸收周圍的物質,而不是將自己的物質噴射到太空中。
然而,這個問題可以通過向太陽風添加額外的能源來解決。也就是說,假設物質離開日冕不僅僅是因為「蒸發」:還有一些東西把它推出了。如果我們知道究竟是什麼……日冕中的等離子波呢?
太陽風的另一個謎團是它的湍流。它不像平坦的河流那樣在平靜的溪流中流動。相反,血漿沸騰,幾乎像山間溪流一樣起泡。為什麼?可能,這與它的到期機制有某種聯繫 - 遺憾的是我們還不知道它。
不安分的發光體
天文學家也對太陽的磁場有疑問。誠然,恆星擁有這個領域這一事實並不令人驚訝。磁場是由電流產生的,即電荷的有序運動。大部分發光體不是由中性原子組成,而是由「裸露的」質子和電子組成。值得將它們帶入有序的運動中,並且您會得到一個電流。
令人驚訝的是,太陽的磁極漂移如此之快,以至於每 11 年,北極和南極就會改變位置。也就是說,有一個22年的周期:北極每22年回到同一個地方。為什麼會發生這種情況,為什麼這個時期正好是 22 年?當然,有模型可以回答這個問題,沒有它們怎麼可能。但他們仍然有很多無法解釋的細節。
著名的 11 年太陽活動周期與 22 年的兩極變化周期有關。它的最佳指標是斑點(按照太陽標準的低溫小區域)。
只要太陽的磁極靠近自轉極,我們恆星上的太陽黑子數量就很少——這是 11 年周期的最小值。隨着磁極向赤道漂移,太陽黑子的數量增加。當恆星的磁極位於赤道時,它會達到最大值——這是 11 年周期的最大值。穿過赤道後,磁極再次接近地理磁極,現在才到達相反的磁極。並且斑點的數量再次降至最低。
因此,11 年的活動周期是 22 年的極性反轉周期的一半。不僅是光點,還有閃光、物質發射到太空和其他現象都服從他。更煩人的是,我們並不真正了解這個循環的本質。更神秘的是,這個周期並不是嚴格規律的:低點和高點有時異常深或長。
日冕物質拋射是太陽活動最令人印象深刻的表現之一
當太陽吐出
總的來說,太陽活動充滿了秘密。在其眾多表現中,讓我們選擇對我們的星球可能產生最顯着影響的現象。這些是日冕物質拋射或 CME。CME 是從太陽噴出的數十億噸等離子體。它們比背景太陽風密度更大,但按照地球標準仍然非常稀薄。就體積而言,這種雲明顯超過地球,並經常「用頭」覆蓋它。這樣的「沐浴」會引起磁暴。因此,CME 不僅對遠離塵世關注的天文學家感興趣,而且對從業者也很感興趣。
統計數據表明,日冕物質拋射與耀斑密切相關。強烈的耀斑通常伴隨着 CME,因此伴隨着磁暴(這會引起公眾對它們的關注,這並不總是相稱的)。但這種聯繫的本質是什麼?又是一個謎。也許閃光燈導致井噴?反之亦然,它被稱為?或者可能閃光和彈射是同一原因的兩個後果?像往常一樣,所有三個假設都有支持者。看一下首先發生的事情似乎就足夠了:閃光或物質的釋放。但即使在這一點上,觀測數據也出人意料地相互矛盾。一般來說,它似乎以這種方式和那種方式發生。
一般來說,無論你拿什麼——無論是皇冠、太陽風還是太陽活動——謎團都會像袋子一樣掉下來。太陽似乎將為不止一代的研究人員提供工作。