正文 第九章 太陽的外層(2)(3 / 3)

麵對著耀斑的重重疑團,科學家提出種種機理、模型和假說。前些年風靡一時的中性點理論,認為耀斑產生在日麵局部磁場的中性點(即磁場強度為零的地方)附近。那裏同時受到兩側磁場力擠壓,形成高溫等離子體,這就是耀斑。按這套理論,在耀斑爆發前後,附近的局部磁場應當顯著改觀。有的觀測發現,情況確實如此。但另一些資料卻唱對台戲一一耀斑對磁場幾乎毫無影響。就這樣,兩套資料,兩種觀點,涇渭分明,勢如水火,激烈爭辯了許多年。到70年代,用時間分辨率很高的新型磁象儀,在耀斑發生前後得出許多張磁圖,才證實一般耀斑並不引起光球磁場的突然變化。這等於宣判了中性點理論的死刑。

美國天文學家斯塔拉克提出一種新理論,叫做磁力線再聯結理論。這套理論甚為玄妙,但已得到空間觀測的初步證實。1973年發射的“天空實驗室”,由宇航員操縱儀器,對一個大耀斑從閃光和爆發,以至冷卻結束,進行了係統觀測。這個資料表明,耀斑的爆發源是日冕中的微小核心。由它發射的粒子流沿環形軌道向下,一直衝擊到太陽表麵。在這個過程中產生耀斑的可見光輻射。對上述耀斑每隔10~20秒拍一條光譜。在這樣按時間序列得到的光譜中,不同譜線參差呈現,井然有序。日冕譜線首先露麵,接著登場的是日冕——色球過渡區,隨後是色球和光球的譜線。這些精彩的觀測資料,是對斯塔拉克理論的有力佐證。

耀斑的光譜,類似於色球和日珥。它們都有許多條發射線,還有連續光譜。可是耀斑光譜有一些引人注目的特征。首先,它有一些非常寬的譜線。其次,一個耀斑往往包含幾個分離的亮點。這顯示出耀斑的精細結構。此外,耀斑譜線常常不是紫翼強於紅翼,就是紅翼勝過紫翼。這象征著耀斑物質的劇烈運動。

由於耀斑有一係列神奇難解的特征以及對地球的巨大影響,耀斑已成為當代太陽研究的主題之一。

活動區域發展史

太陽黑子、光斑、譜斑、日珥、暗條和耀斑等這些活動體各有特征,但也有一個重要的共性,就是都隨太陽活動的總趨勢而共同漲落。在活動峰年,這一切活動現象都達到高潮,都是既大且多。到了穀年,它們都處於低潮,一般說來既小又少。此外,這許多活動體的位置經常是互相鄰近的。例如黑子附近有光斑,而耀斑一般都出現在黑子旁邊或上空。這使我們有理由把一大群活動體所占有的範圍稱為太陽活動區。研究活動區的盛衰興亡史是很有意義的。表2中列出一個典型活動區的發展史。應當談到,並不是所有活動區都發展得這樣成熟和完整。不少活動區中途“夭折”,或者大體上經曆了各個發展階段,但每一階段的時間都比較短,隻能算是一個“縮影”。

活動區的內部結構很複雜。一般認為,各種活動現象是共生的,很難說是誰支配了誰。也許它們都聽從某一個共同的潛在因素的指揮。比較能夠表現活動區物理實質的現象大概是磁場(這裏談的主要是日麵局部磁場)。磁場先於活動現象而存在,又後於活動現象而消失。精細觀測告訴我們,各種日麵單色像一般都和局部磁場的結構圖相似,單色像上的明暗起伏與磁場的強度變化大致吻合。還有一件事實也是意味深長的,就是光球、色球以及日冕的磁場結構基本類似。這使我們有理由相信,磁場是控製太陽等離子體運動和演變的重要因素,而磁力線像一根根紐帶,把太陽大氣各個層次貫穿起來。至於太陽活動產生的根源,很可能是在大氣下麵的對流層。這就―偶在舞台上演出,而真正的演員——引線人——卻躲在幕後,觀眾看不見。如果可以打這個比喻,那麼磁力線就是引線人操縱木偶的繩索了。

太陽活動現象形式很多,盤根錯節,使人眼花繚亂,如墜五裏霧中,不知所從。我們隻有透過形形色色的表麵現象,深入探索它們的物理實質,才能掌握太陽活動的規律,並使它為人類造福。

“蒙德爾極小期”

300多年來,經過許多代的天文工作者觀測太陽黑子和其他活動現象,早已斷定太陽活動有11年的周期,這似乎是天經地義,巔撲不破的客觀規律。可是在1976年,一位年輕的美國天文學家艾迪向這個傳統觀念提出大膽的挑戰,宣稱11年周期隻是近二三百年來才出現的,它好像是“大海中洶湧起伏波濤上的一個小漣漪,是一個短暫現象,根本不是基本規律”。這個“離經叛道”的學說引起了轟動和爭論這場軒然大波至今尚未平息。

嚴格說來,艾迪的論點並非完全新穎。還在19世紀末期,英國天文家蒙德爾就指出,1645~1715年這70年是太陽活動史上一段不尋常的時期。那時太陽活動一直處於極小期,黑子相對數平均值比一般穀年的數值(大約等於6)還低,並且往往接連十年,日麵上連一個黑子也看不見。這真是難以想象的稀奇事。但是蒙德爾的發現並沒有引起重視,因為那70年的黑子記錄不夠可靠,是天文愛好者用私人的小望遠鏡得到的。艾迪旁征博引,縱論古今,把這樁早已被人遺忘的公案,重新加以審理。

艾迪認為,蒙德爾極小期的存在是千真萬確的。他提出四方麵的證據。首先,極光的多少也是太陽活動的一個指標。在整個蒙德爾極小期,全世界總共隻看見77次極光,而18世紀有6126次,19世紀也有好幾千次。其次,有人統計,從公元前28年到公元1743年,中國、日本、朝鮮3國的黑子目視記錄共有143次,而其中1639~1720年間卻一次也沒有。此外,空氣中的二氧化碳使樹木生長時逐年留下碳的蹤跡,其中的C14同位素由宇宙射線的轟擊形成。在太陽活動峰年,太陽發射的大量帶電質點包圍地球,銀河係宇宙射線不容易到達地麵,於是地球大氣碳含量降低。穀年情況與此相反。專家們在17世紀後半期樹木年輪中,發現C14含量很高。這也表示當時太陽活動很弱。最後,我們談到過日冕的形狀與太陽活動有關。艾迪查閱了在蒙德爾極生小期幾次日全食的記載,發現當時日冕是扁長的,主要沿太陽赤道伸出,即是說與穀年的日募形象相符。

以上四項論證都比較確鑿,這樣一來就應當承認,在那70年間太陽活動的脈搏停止了,黑子、耀斑、日珥……都銷聲匿跡了。這難道是真的嗎?許多人對此表示懷疑。有人說,17世紀的黑子觀測不可靠。另一些反對者認為,C14同位素含量測定可能有很大誤差。從我國曆史典籍中還查出,在蒙德爾極小期中有不少次黑子記錄。這些憑肉眼觀測得出的記錄都應當屬於大黑子。可見在那段時期中,太陽活動的機器仍在運轉,並未停歇。

對艾迪新說一個比較中肯的評介是承認在1645~1715年間太陽活動的確處於低潮,但這可能是一個長達幾百年活動周期的極小期。這個長周期與11年的周期可以並行不悖。因此在所謂的蒙德爾極小期中,11年周期的脈搏仍然正常跳動。