日冕高温、磁场、周期、耀斑、化学成分

关于太阳，还有五大未解之谜

本报记者 刘 霞

无垠太空，恒星之多如恒河沙数，太阳是其中最特别的一颗。因为其与地球的距离适中，为人类提供了充足但不泛滥的能源，让人类得以生存，仰望星空，并深入研究人类乃至整个宇宙的演化历史。

尽管太阳对人类如此重要，但人类对其内部力学和化学成分等的了解仍然有限。美国《福布斯》双周刊网站在最近的报道中，列出了有关太阳的五大未解之谜。

为何日冕温度高于太阳表面

太阳最外层大气层（日冕）位于太阳表面上方，距热源更远，但温度是太阳表面的1000倍，为何会出现这种情况？这是笼罩在太阳头上的一层“神秘面纱”。

美国新墨西哥州立大学太阳物理学家杰森·杰基维茨说，太阳表面提供了足够多的能量，使日冕保持高温，但这种加热需要能量以某种方式沉积在日冕区域，然而，外层日冕本身非常脆弱，科学家一直对日冕如何贮藏这么多热量感到困惑不已。

太阳磁场从何而来

杰基维茨说，科学家在太阳表面（如太阳黑子）和太阳大气（如日冕环）观察到了太阳的磁场，但这些磁场很可能是在太阳内部产生的。产生磁场的过程需要等离子体（带电气体）和运动（可能是旋转）。

许多研究人员认为，这种现象在太阳半径的70%左右处发生得最强烈，这可能是磁场增强的地方。由于磁场具有浮力，因此会上升到太阳表面，并以太阳黑子的形式出现。

但由于太阳是气态天体，它不像地球这种固态天体那样以相同的固定速度旋转。杰基维茨说，太阳的赤道大约每25天旋转一次，极地大约30—32天旋转一次，地球上肯定不会发生这种情况，否则地球会把自己撕成碎片。

此外，太阳表面之下的不同层也以不同速度旋转。杰基维茨说，如果进入太阳表面之下约5万公里的地方，你会发现，此处的旋转速度比表面快，但如果进入太阳再深入一点的地方，旋转速度会再次减慢。

为何存在历时11年的太阳周期

杰基维茨说，太阳黑子和太阳的磁性通常以11年为周期消长。

由于太阳表面存在强磁场，太阳黑子表现为太阳表面较暗的区域。杰基维茨说，在太阳周期开始时，太阳黑子往往位于中纬度地区，随着太阳周期的继续，它们越来越靠近赤道。当下一个太阳周期开始时，它们又在中纬度重新出现，尽管太阳南北半球的极性与前一个周期不同。

杰基维茨表示，在这11年内，太阳表面的特征每天都在变化，11年是一个奇怪的时间尺度。

超级抛射和超级耀斑如何产生

杰基维茨说，超级抛射和超级耀斑与太阳的磁场有关，当磁场因为扭曲和拉伸需要释放磁能时，就会产生超级抛射和超级耀斑。耀斑和日冕物质抛射之间的主要区别在于：耀斑主要发射x射线和紫外线，但日冕物质抛射实际上会从太阳抛射出物质。

杰基维茨表示，这些狂暴事件每年会造成数十亿美元损失，包括停电、通信中断和电力系统损坏等。“如果人类在月球上或火星上，那么这种太空天气导致的后果将更加严重。”

太阳化学成分仍有争议

宇宙中一开始只有氢和氦，元素周期表上的所有其他元素都是在恒星内核合成的。杰基维茨说：“我们的太阳是在宇宙处于其寿命的大约2/3时形成的，因此其中的其他元素比宇宙早期出现的恒星更为丰富。”。

“太阳是我们银河系内千亿颗其他恒星以及其他星系内数万亿颗恒星的参考恒星。”杰基维茨进一步指出，“我们知道构成太阳的所有元素，但我们不知道它们的相对丰度，因此，太阳的化学成分仍存在争议。这是很难测量的——即使对距离我们最近的恒星来说也是如此。”

杰基维茨总结说：“公平地说，我们非常了解太阳的质量、年龄、大小和总辐照度。我们知道它是如何演化成今天的‘模样’，也知道它未来的命运。但我们对它的深层内部结构、磁场、周期变化和狂暴的喷射事件仍然知之甚少。”

据西班牙埃菲社5月初报道，配备4.2米镜片和尖端技术的欧洲最大的太阳望远镜——欧洲太阳望远镜（EST）将于2024年在西班牙开始建造，并于2029年投入运行。2021年10月，中国首颗太阳探测卫星“羲和”号由长征二号丁运载火箭发射升空。2021年12月14日，美国国家航空航天局（NASA）科学家宣布，“帕克”太阳探测器首次“触摸”到太阳。

这些追逐太阳的“夸父”们，有望为人类揭示更多有关太阳的秘密。