埃文斯牧師的宇宙03
根據這三次相隔264年的日全食觀測資料，得出的結果表明，其間太陽角直徑縮小了0．68角秒，相當於每世紀0．26角秒，幾乎隻及埃迪數值的1／10。
1987年9月23日，在我國境內可看到一次相當不錯的日環食，上海天文台組織了兩個觀測小組，分別監測環食帶的兩處邊緣。精心的觀測以及後來將結果與美國海軍天文台等一起合作歸算，得出本次日食時的太陽直徑改正數為0．22角秒，比先前的一些觀測要精確得多了。把它與1715年的資料相比，表明在1715～1987年的272年間，太陽直徑縮小約820千米，即每天縮小約8米。盡管有關研究人員還不能對太陽直徑縮小的真正原因提出有說服力的解釋，很明顯的是，這個數值隻及埃迪數值的1／5還不到。
法國巴黎天文台太**理實驗室的科學家們另有新說，他們在係統地分析曆史資料的基礎上，得出了太陽角直徑過去大、後來小的結論。他們提出至少在1666—1683年的那10多年間，太陽直徑比現在要大2．75角秒，後來才逐步變小到現在這樣。這個觀點與埃迪觀點有某些類似的地方，而且把時間往前推了一個半世紀。
總的說來，宇宙間的一切事物，當然也包括我們的太陽在內，都是在不斷地變化和發展著的，不可能一成不變地老停留在同一個狀態。從這個角度來說，太陽的持續變化是必然的，不變化則是不可能的。
不管太陽是脹是縮，都是個至關重要的問題，都會關聯到諸如太陽的構造、演化，太陽與其他天體的關係等方麵，以及影響一係列地球物理過程和現象。至於像埃迪所說的，太陽以那麽快的速度收縮，並且一直收縮下去，這種可能性看來是很小很小。
目前，這個問題還是錯綜複雜，迷霧重重，難以下斷語，還需要長時期地做深人細致的觀測和探索工作。最後的結局將如何?現在還難以預料。
太陽自轉之謎
太陽像其他天體一樣，也在不停地繞軸自轉，這在400年前是無人知道的。最早發現太陽自轉的人是意大利科學家伽利略，他在觀測和記錄黑子時，發現黑子的位置有變化，終於得出太陽在自轉的結論。他給出的太陽自轉周期為一個月不到，那是17世紀初的事。
太陽是個大氣體球，它不可能像我們地球那樣整個球一塊兒自轉，這是不難理解的。早在1853年，英國天文愛好者，年僅27歲的卡林頓開始對太陽黑子做係統的觀測。他想知道黑子在太陽麵上是怎樣移動的，以及長期來都說太陽有自轉但這自轉周期究竟有多長。幾年的觀測使他發現，由於黑子在日麵上的緯度不同，得出來的太陽自轉周期也不盡相同。換句話說，太陽並不像固體那樣自轉，自轉周期並不到處都一樣，而是隨著日麵緯度的不同，自轉周期有變化。這就是所謂的“較差自轉”。
太陽自轉方向與地球自轉方向相同。太陽赤道部分的自轉速度最快，自轉周期最短，約25日，緯度40°處約27日，緯度75°處約33日°日麵緯度17°處的太陽自轉周期是25．38日，稱做太陽自轉的恒星周期，一般就以它作為太陽自轉的平均周期。以上提到的周期長短，都是就太陽自身來說的。可是我們是在自轉著和公轉著的地球上觀測黑子，相對於地球來說，所看到的太陽自轉周期就不是25．38日，而是27．275日。這就是太陽自轉的會合周期。
如果我們連續許多天觀測同一群太陽黑子，就會很容易地發現它每天都在太陽麵上移動一點，位置一天比一天更偏西，轉到了西麵邊緣之後就隱沒不見了。如果這群黑子的壽命相當長，那麽，經過10多天之後，它就會“按期”從日麵東邊緣出現。
除了由黑子位置變化來確定太陽自轉周期之外，用光譜方法也可以。太陽自轉時，它的東邊緣老是朝著我們來，距離在不斷減小，光波波長稍有減小，反映在它光譜裏的是光譜譜線都向紫光的方向移動，即所謂的“紫移”；西邊緣在離我們而去，這部分太陽光譜線“紅移”。
黑子很少出現在太陽赤道附近和日麵緯度40°以上的地方，更不要說更高的緯度了，光譜法就成為科學家測定太陽自轉的良好助手。光譜法得出的太陽自轉周期是：赤道部分約26日，極區約37日。這比從黑子位置移動得出來的太自轉周期要長一些，長約5％。
為什麽呢?
一種解釋是：黑子有磁場，並通過磁力線與內部聯結在一起，內部自轉得比表麵快些，黑子周期就短些，而光譜得到的結果隻代表太陽表麵的情況。這類問題的研究可以說現在隻是才開頭，其中的奧妙和真相還都說不清楚。
早在20世紀初，就有人發現太陽自轉速度是有變化的，而且常有變化。1901～1902年觀測到的太陽自轉周期，與1903年得出的不完全一樣。不久，有人更進一步發現，即使是在短短的幾天之內，太陽自轉速度的變化可以達到0．15千米/秒，這幾乎是太陽自轉平均速度的四千分之一；那是相當驚人的。
1970年，兩位科學家在大量觀測實踐的基礎上，得出了一個幾乎有點使人不知所措的結論。通過精確的觀測，他們發現太陽自轉速度每天都在變化，這種變化既不是越轉越快，周期越來越短，也不是越轉越慢，周期越來越長，而似乎是在一個可能達到的極大速度與另一個可能達到的極小速度之間，來回變動著。
太陽自轉速度為什麽隨時問而變化?有什麽規律?這意味著什麽?現在都還說不清楚，隻能說是些有待研究和解決的謎。
空間技術的發展使得科學家們有可能著手觀測和研究太陽外層大氣的自轉情況，主要是色球和日冕的自轉情況。在日冕低緯度地區，色球和日冕的自轉速度，和我們肉眼看到的太陽表麵層——光球，基本一致。在高緯度地區，色球和日冕的自轉速度明顯加快，大於在它們下麵的光球的自轉速度。換句話說，太陽自轉速度從赤道部分的快，變到兩極區域的慢，這種情況在光球和大氣低層比較明顯，而在中層和上層變化不大，不那麽明顯。
這種捉摸不透的現象，自然是科學家們非常感興趣、有待深入的課題。
樹有根，水有源。認為產生太陽自轉的各種現象的根源在其內部，即在光球以下，我們肉眼不能直接看到的太陽深處，這是有道理的。
日震可以為我們提供太陽內部的部分情況，這是一方麵。更多的是進行推測，當然，這種推測並非毫無根據，而是有足夠的可信程度。譬如根據太陽所含的鋰、鈹等化學元素的多少來進行分析和推測；從赫羅圖上太陽應占的位置來看，太陽是顆主序星，根據所有主序星的平均自轉速度進行統計，來考慮和推測。
其結果怎麽樣呢?
不僅難以得到比較一致的意見，甚至還針鋒相對：有的學者認為太陽內部的自轉速度要比表麵快，快得多；另一些學者則認為表麵自轉速度比內部快。
一些人認為：太陽自轉速度隨深度而變化，我們在太陽表麵上測得的速度，很可能還繼續向內部延伸一段距離，譬如說大致相當於太陽半徑的1／3，即約21萬千米。隻是到了比這更深的地方，太陽自轉速度才顯著加快。
包括地球在內，許多天體並非正圓球體，而是扁橢圓球體，其赤道直徑比兩極的直徑長些。用來表示天體扁平程度的“扁率”，與該天體的自轉有關。地球的赤道直徑約12756．3千米，極直徑約12713．5千米，兩者相差42．8千米，扁率為0．0034，即約1／300。八大行星中自轉得最快的兩顆行星是木星和土星，它們的扁率分別是0．0637和0．102，用望遠鏡進行觀測時，一眼就可以看出它們都顯得那麽扁。
太陽是個自轉著的氣體球，它應該有一定的扁率，20世紀60年代，美國科學家迪克正是從這樣的角度提出了問題。根據迪克的理論，如果太陽內部自轉速度相當快，其扁率有可能達到4．5／100000。太陽直徑約139．2萬千米，如此的扁率意味著太陽的赤道直徑應該比極直徑大60多千米，對於太陽來說，這實在是微乎其微。可是，要想測出直徑上的這種差異，異乎尋常地困難，高靈敏度的測量儀器也未必能達到所需要的精度。
為此，迪克等人作了超乎尋常的努力，進行了無與倫比的超精密測量，經過幾年的努力，他得出的太陽扁率為(4．51±0．34)／100000，即在4．85／100000到4．17／100000之間，剛好是他所期望的數值。1967年，迪克等人宣布自己的測量結果時，所引起的轟動是可想而知的。一些人讚歎迪克等人理論的正確和觀測的精密，似乎更多的人持懷疑態度，他們有根有據地對迪克等人的觀測精度表示相反意見，認為這是不可能的。
一些有經驗的科學家重新做了論證太陽扁率的實驗，配備了口徑更大、更精密的儀器，采用了更嚴密的方法，選擇了更有利的觀測環境，所得到的結果是太陽扁率小於1／100000，隻及迪克所說的1／5左右。結論是：太陽內部並不像迪克等人所想象的那樣快速自轉。退一步說，即使太陽赤道部分略為隆起而存在一定扁率的話，扁率的大小也是現在的儀器設備所無法探測到的。
企圖在近期內從發現太陽的扁率，來論證太陽內核的快速自轉，可能性不是很大。它將作為一個課題，長時間地反映在科學家們的工作中。不管最後結論太陽是否真是扁球狀的，或者太陽確實無扁率可言，都將為科學家們建立太陽模型，特別是內部結構模型，提供非常重要的信息和依據。
至於為什麽太陽自轉得那麽慢?為什麽太陽各層的自轉速度各不相同?一些自轉速度變化的規律又怎麽樣?等等，都還是未知數。
太陽振**之謎
對“地震”這個名詞，我們都是很熟悉的。對“月震”，也並不太生疏，它是月殼的一種不穩定現象。1969年，美國“阿波羅11號”飛船的宇航員在月麵上裝置了第一台月震儀之後，記錄到每天平均約有一次月震，而且都是很微弱的。
太陽有“日震”嗎?有。日震極為複雜，規模宏偉壯觀，景象驚心動魄，地震根本無法與之相比。日震最初是在1960年被美國天文學家萊頓發現的。他在研究太陽表麵氣體運動時，發現它們竟是像心髒那樣來回跳動，氣體從太陽麵上快速垂直上升，隨後再降落下來，一脹一縮地在振**著。～些地方的氣體急劇振**幾次之後，好像跑得很急之後的喘口氣那樣緩和一段時間，接著又開始新的一輪振**。這種振**平均每5分鍾(精確地說，應該是296±3秒)周期性地上下起伏重複一次，被稱做“5分鍾振**”。
進一步的觀測研究表明，在一次振**中，氣體上下起伏的範圍可以達到好幾十千米，這對於直徑達139萬多千米的太陽來說，自然算不了什麽。使人驚訝的是，發生振**的不是太陽麵上的一小片區域，而是在成千上萬，甚至好幾十萬平方千米的範圍內，氣體物質聯成一片，好像在同一聲口令下同起同落。並且在任何一個時刻，太陽麵上都有約2／3左右的地方在做這種有規律的振**。如此大麵積的振**真可以說是蔚為奇觀，請你想一想，比地球大好幾倍的一片火海，其上火舌瞬息萬變，火“波”洶湧澎湃，一會兒上升，一會兒又很快下降，最生動的筆恐怕也難確切地描述其全貌。
5分鍾振**的發現是天文學，特別是太**理研究中的一件大事，有著劃時代的意義。
我們知道，科學家對地震波進行研究之後，才得以了解地球內部結構，我們現在掌握的這方麵知識，幾乎都是這樣得來的。太陽內部我們更是無法直接看到，而所謂的太陽振**即日震，它的發現無異於為科學家們送來了一具可“竊聽”太陽內部深處的聽診器，各國科學家立即對之表現出巨大的興趣。
譬如說，太陽大氣層最靠裏麵的那一層叫光球，它也就是我們平常看到的太陽表麵層。在光球下麵的是對流層，這是很重要的一層，它起著承內啟外的作用。可是，我們無法看到它。而根據對5分鍾振**的觀測和有關理論，我們相信，對流層的厚度大體上是20萬千米。當然，也有人認為對流層隻是很薄的一層。
太陽的5分鍾振**一般被看作是太陽大氣中的現象，那麽，是否可能它也是周期更長的太陽整體振**的組成部分呢?
從20世紀70年代開始，一些科學家設法尋找頻率、更低、周期更長的太陽整體振**。1976年，蘇聯克裏米亞天體物理天文台的科學家們在研究光球層時，發現太陽表麵存在著一種重要的振**，周期是160分鍾，每次振**太陽都增大約10千米，隨後又恢複到原先的狀態。
蘇聯科學家的發現很快由美國斯坦福大學的一批研究人員予以證實。後來，人們從蘇聯和美國的資料中，進一步得出更精確的周期為160．01分。不過，在相當一段時期裏，有人懷疑太陽的160分鍾振**是否與地球大氣抖動有關。法國和美國的一個聯合觀測小組，成功地在南極進行了長達128小時的連續觀測之後，最終把懷疑排除了。地球北半球是冬季時，南半球是夏季，南極是極晝，即24小時太陽都在天空中，連續觀測中就不存在大氣周日活動的影響問題。以160分鍾為周期的太陽整體振**得到確認，它確實來自於太陽本身。
在研究5分鍾振**等的時候，科學家們出乎意料地發現，它們竟然還可以分解為上百個長短不等的小周期，短的隻3分鍾，長的有3小時。這些五花八門的小周期疊加在一起，真有點使人眼花繚亂，它們之間究竟有些什麽內在的聯係?或者這些錯綜複雜的小周期預示著什麽?現在確實還無可奉告。
20世紀60年代，美國科學家迪克發現太陽並非是個圓氣體球，它的兩極略扁，赤道部分則略微凸起。1983年，迪克本人的觀測結果表明，太陽的形狀並非固定不變，它的扁率發生周期振動，周期是12．64天。
有意思的是，另一批美國科學家從水星的運動中，也發現了太陽的振**現象。1982年，美國高空觀測研究所等單位的研究人員，收集了從18世紀以來的，長達265年的水星繞太陽運動的資料，以及好幾十組日食發生時間的數據。綜合分析的結論是：太陽直徑又脹又落，像是個一會兒充滿氣，一會兒又放掉了點氣的大皮球，這種被他們稱為“太陽顫抖”的振**現象的周期，被定為76年，最大的變化率可以達到0．8角秒。
近些年來，有人從44520個太陽黑子數的分析中，得出其峰值有12．07天的周期。也有人從太陽自轉速度隨緯度高低而不同的所謂“較差自轉”中，導出16．7天的周期。此外，還有人認為存在著好幾個7—50分鍾的周期；160—370分鍾周期範圍內，也還存在著太陽整體振**，等等。
日食記載也為此提供了新論據。一些科學家詳細研究了8次日全食的資料，其中最早的一次是1715年5月3日在英國可見的日全食，最晚的一次發生在1984年5月31日。分析得出：269年間，太陽直徑有類似脈搏跳動那樣的振動現象，周期不詳，但總的說來變化不算大，隻有1．24角秒，大致是太陽角直徑的1／1600。
研究和探測太陽內部結構是天文學家們長期的重要課題，也是很難順利展開的課題。已經建立起來的理論和假說，有的未能通過實踐的檢驗，有的顯露出很大的缺陷，這類事情常有發生。正當科學家們一籌莫展、陷入重重困難的時候，日震被發現了，他們怎能不喜上眉梢呢!
在不算長的幾十年時期內，日震學已顯示出其強大的生命力，太陽的內部結構，各層次的溫度、壓力、密度、化學組成、自轉和運動情況等等，無不通過太陽振動的研究而獲得了大量前所未知的信息。說實在的，這些信息對於建立和完善已有理論，譬如黑子是怎麽產生的、黑子周期的本質等，都是必不可少的。科學家們相信，日震與地震的某些性質應該或可能有相似之處，運用我們已掌握的對地震波的研究成果，再經過相當時間的觀測和探索，我們一定會越來越深入地認識我們的這個太陽，再擴大一步來說，乃至其他恒星。
我們也不必諱言，到目前為止，太陽整體振**為我們解決的問題隻是初步的，還遠沒有它提出的問題那麽多。太陽整體振**是怎麽產生的?從各種不同角度導出的種種周期與整體振**是什麽關係?各種周期之間又是什麽關係?這些都還是未知數。
如果把太陽振**比作是一條走向探知太陽內部的康莊大道的話，那麽，我們才剛踏上征程，大量的開舡作還在後頭。
太陽活動與地球旱澇
對於人類而言，旱澇是重大的自然災害之一。大範圍與持久的旱澇，會給人類帶來嚴重的損失。因此，人們早就在研究旱澇的規律與成因，以求能及時地預報與預防。
旱澇的發生是有一定規律可尋的。有些具有明顯的周期性，有些則是隨機的。當然，這裏說的周期，並不是嚴格的周期，而是準周期。比如，我國降水變化大約有30～40年的周期，而長江中下遊地區的降水，平均周期為35年。黃河流域的大幹旱具有80～90年的周期。渤海的嚴重冰情大約10年左右發生一次，等等。
我國的水文、氣象學界十分重視對旱澇規律的研究。由於旱澇主要決定於氣候演變，追根溯源，就是做氣候演變規律的研究。我國悠久的曆史上留下了豐富的水文、氣象、物候的記事，為這方麵的研究提供了寶貴的資料。這個優勢是外國所不具備的。
研究表明，氣候的若幹周期與太陽活動周期有明顯的對應關係。比如長江年徑流量變化具有約22年的周期，淮河有約10年的周期，而西江、黃河、永定河與鬆花江流域有40年左右的周期。這些周期與太陽活動的基本周期頗為一致。
近500年來，我國東半部地區的幹旱指數具有2—3年、8—10年、22～26年的明顯周期，這些周期跟太陽活動的幾個周期很接近。
除了周期對應之外，太陽活動對氣候的影響，即使在同一地區或同一流域，在不同的時期也是不一樣的。比如在長江下遊地區，太陽活動峰年與穀年附近，旱澇次數比其他年份要多。特別是，在峰年附近，澇的次數比旱的多；而在穀年附近，旱的次數比澇的多。如果就整個長江流域來說，也大致是這個情況。即在太陽活動峰年附近雨水多，易澇；在穀年附近雨水少，易旱。近500年來黃河流域的水旱情況，存在有“強濕弱幹”的規律，也就是太陽活動強時，雨水較多；在太陽活動弱時，雨水較少。不過這種關係仍然很複雜，在太陽活動峰年時不一定有大水，而可能在活動峰年過後一兩年才發生大水。
北京地區在近250年中，多雨的年份一般在太陽活動的穀年和峰年及其後一年，而少雨的年份則在穀年與峰年前一兩年。
有人還研究了以耀斑爆發為主的太陽短期活動與天氣的關係，也得到了許多有趣的結果。比如在四川盆地，太陽強耀斑後，常有多雨或大晴天天氣出現，而在普通耀斑後，常出現比較異常的天氣，如突然下冰雹等。
根據國內外的研究，太陽活動對大氣、氣候的影響是相當複雜的。同樣是太陽峰年，有的地區是澇，而有的地區卻是旱。這種差別的原因可能在於各地的自然地理條件不一樣。
在研究太陽活動與大氣、氣候的關係時，人們也在探討為什麽有這種關係?究竟太陽是怎樣影響地球天氣、氣候變化的?但至今沒有一個完滿的答案。
大家知道，大氣運動的主要動力是太陽輻射熱(以“太陽常數”為代表)。如果太陽總輻射發生變化，就能引起大氣環流的變化，導致某些地區發生幹旱或洪澇。理論上估計，太陽常數變化1％，就會發生這種情況。可是，經過幾十年的地麵觀測以及近年來通過人造衛星的觀測，所得的結果都表明，太陽常數基本上保持不變。因此，這條路就被堵死了。
人們提出了幾個間接的原因來說明太陽活動對氣候的影響。有一個是“大氣臭氧的屏蔽作用”的假說。在地麵上空20～30千米的大氣層中，臭氧的含量特別豐富，因而被稱為“臭氧層”。臭氧能大量地吸收太陽的紫外線，使人類與生物免受太陽紫外線的輻射而遭到傷害，沒有臭氧層的保護，包括人類在內的地球上的所有生物就存在不了。
臭氧是由太陽紫外線輻射產生的。在紫外輻射強時，臭氧含量就多；在紫外輻射弱時，臭氧含量就少。所以，臭氧含量多少或臭氧層厚薄，跟太陽活動有直接的關係。在太陽活動峰年時，紫外輻射最強，臭氧含量達最大；在穀年時，臭氧含量最少。
臭氧層對紫外輻射進入低層大氣和到達地麵有明顯的屏蔽作用。臭氧多時，進入低層大氣和地麵的能量減少，地麵溫度也因之有所降低；反之，則增高。這就會導致大氣的反常變化。但是其中詳細的機製等情況，仍然是不清楚的。更有人提出，全球臭氧含量與太陽活動關係是反相關的，即在太陽活動峰年時，臭氧含量反而達到最小。這方麵的分歧是很大的，所以對於臭氧的屏蔽作用仍要進一步弄清。
近年來，由於大氣電過程的觀測與研究比較深入，所以有人提出“雷暴事件的觸發”假說。地球大氣中經常發生雷暴。雨雲中帶正電荷的部分與帶負電荷的部分相遇，就發生雷鳴閃電，下起瓢潑大雨或暴雨。研究發現，雷暴事件與太陽活動有關係。太陽活動強時，耀斑比較多。耀斑產生的大量高能質子能穿到地球大氣的低層(20千米以下)，觸發雷暴的發生。觀測發現，耀斑發生後4天，全世界範圍的雷暴增強和歐洲雷暴事件的發生達到極大。
另外，宇宙線也能穿到大氣低層，促使大氣發生電離。宇宙線也是雷暴的源泉之一。地麵宇宙線的強弱都受到太陽活動的調製，所以，雷暴事件與太陽活動是密切相關的。
但是，目前對於雷暴的過程，以及太陽如何影響大氣變化，導致旱澇，仍然沒有研究清楚。不過，大多數科學家認為，太陽活動通過大氣電過程影響天氣，可能是一個較好的途徑。
未來，在弄清了太陽活動與地球大氣、氣候的關係後，人們也許可能通過太陽活動來做比現在準確得多的天氣預報。
日珥之謎
太陽光球的上界同極活潑的色球相接。由於地球大氣中的水分子和塵埃粒子將強烈的太陽輻射散射成“藍天”，色球完全淹沒在藍天之中。若不使用特殊儀器，色球是很難觀察到的，直到20世紀，這一區域隻有在日全食時才能看到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，在太陽邊緣處有一勾細如娥眉的明亮紅光，僅持續幾秒鍾，這就是色球。
色球層厚約8000千米。日常生活中，離熱源越遠的地方，溫度就越低，然而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部的溫度差不多是4300℃，到了色球頂部溫度競高達幾萬度，再往上，到了低日冕區溫度陡升到百萬度。太**理學家對這種反常增溫現象一直不能理解，到現在也沒有找出確切的原因。