2003年10月28日的太阳超级爆发

　　太阳是地球居民最熟悉的一颗恒星，她的东升西落，是再平常不过的现象。太阳黑子、耀斑、日冕，也是人们时有耳闻的名词。然而，天文学家们却说：No No No，我们并没有自己想象中那么了解太阳，她是我们最熟悉的陌生人。

　　太阳活动时而剧烈时而平静，背后的原因是什么？磁向反转11年掉个个儿，又是怎么一回事？关于太阳，谜团重重，且听天文学家怎么说。

　　撰文

　　汪景琇（中国科学院国家天文台）

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　　太阳简介

　　太阳是离我们最近的恒星，目前大约46亿岁；太阳直径大约是139万公里，是地球直径的1百多倍。从化学组成来看，现在太阳质量的大约四分之三是氢，剩下的几乎都是氦，包括碳、氮、氧、铁和其他的重元素质量少于2%。目前在太阳核区的氢元素正通过剧烈的核聚形成氦元素，j2直播，往太空释放大量的光和热。

　　太阳仅是银河系中数千亿颗恒星中毫不起眼的一颗黄矮星。太阳也不位于银河系的中心（图1），而是离银河系中心大约两万四千光年。正是普通的太阳孕育了地球上丰富多彩的生命，包括人类。唯其普通才更具普遍意义，对太阳的理解成为人类打开恒星奥秘之门的钥匙。它也把我们带入宇宙磁学研究的大门，成为宇宙等离子体研究的最好实验室。

　　图1. 银河系俯瞰图： 银河系有非常复杂的结构，包括中心区域的核球和超大质量黑洞；优美的旋臂上分布着许多分子云和恒星形成区。太阳位于其中一个旋臂上，离银河系中心大约两万四千光年（图片来源：）。

　　尽管看似普通，但是太阳内部的结构相当复杂。通过观测和理论研究，天文学家得到了一个大致的图像。图2显示了太阳内部的分层结构。位于太阳中心的是产生核聚变的日核和辐射区，而外部是对流层。两者之间的旋切层被认为是太阳强磁场产生的孕床。对流层顶之上是太阳大气的光球、色球、过渡区和日冕；发生于其中的最典型的活动对象黑子（图2左上插图，包括米粒结构）、日珥和耀斑已在图中标明（我们将在其他文章中予以介绍）。

　　图2. 从太阳内核到辐射区和对流层的分布（已按实际大小等比例缩小）；辐射区和对流层之间的旋切层被认为是太阳强磁场产生的孕床。对流层顶之上是太阳大气的光球、色球、过渡区和日冕；发生其中的最典型的活动对象黑子、日珥和耀斑已标注图中。

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　　太阳黑子的发现：从伽利略到黑尔

　　太阳黑子作为太阳磁场和太阳活动最显著的标志，首次被人类通过望远镜观测到，是由伽里略在1610年实现的（中国人2000多年前就有了太阳黑子的书面记录）。太阳黑子的11年周期，即太阳活动周，由施瓦布于1843年发现（Schwabe，1844）。然而，直到1908年，黑尔才基于物理学中的Zeeman效应，对太阳黑子做光谱学诊断，发现了太阳黑子的强磁场（Hale, 1908）。这是人类第一次用物理学原理和方法研究天体对象，也是人类第一次在地球之外发现磁场。这一发现标志着太阳物理学，或确切地说，天体物理学的诞生。黑尔本人创造了英文单词“Astrophysics”，创办了著名的天文学期刊 The Astrophysical Journal。

　　人类对太阳的研究要早于其他天体物理对象，许多发现已耳熟能详。那么，我们是否可以不必再花时间在太阳研究上了？实际上，太阳物理中还有许多难题，而这些问题对暗弱和遥远的天体有相当的普遍性，比如说，其中最重要的一个问题就是太阳磁场从何而来？

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　　太阳磁场起源

　　正是因为磁场的存在才使得太阳产生了多姿多彩的众多天文现象。磁场和等离子体相互作用，在太阳大气中产生了美丽缤纷的结构，驱动激烈的活动现象，形成膨胀的高温日冕和太阳风（图2）。物理学家莱顿（R. B. Leighton）说过，太阳如果没有磁场，就会成为一个枯燥的对象。拉莫尔（Larmor, 1919） 是第一个探讨太阳的自转是如何产生磁场的。然而，直到1955年，帕克才从第一原理出发，导出得到一个被称为发电机方程的基本方程，通过求解解释了太阳磁场起源和黑子的11年周期等诸多现象（Parker, 1955；图3）。