解密太陽係之謎

第一部分 地麵研究

近年來,國內外天文學家在研究太陽活動區磁流體力學和太陽耀斑方麵做了大量工作。從1957年國際地球物理年至今,已經曆了四次太陽活動峰年,各國天文學家都非常重視峰年期的太陽觀測,力求捕捉完整的耀斑資料進行形態分析和理論研究,進而了解耀斑的本質。第21周的1979~1982年太陽活動峰年期間,國內外都加強了這方麵的工作,成立了“太陽活動峰年”國際組織,實行區域性聯合觀測,頻繁地進行國際間交流,碩果累累。

我國天文學家在此期間記錄了不少有價值的耀斑爆發。1981年5月13日、16日,紫金山天文台接連觀測拍攝到兩起奇異的三級雙帶耀斑。這種耀斑的研究價值很高;它通常伴隨著一般耀斑所沒有的高能質子事件,強x射線暴以及強烈的射電暴。也就是說,它比一般耀斑的能量更大,更容易觀測到它對地球物理影響的特征。北京天文台還記錄了5月16日特大耀斑伴隨的很強的射電爆發快速變化,揭示了極為豐富的精細結構和爆發的間接性。

雲南天文台在第2l周峰年期間發現了20例十分罕見的“無黑子耀斑”。一般來說,耀斑總是出現在以黑子為主體的活動區中,僅有個別耀斑“離群索居”,出現在無黑子區域。雲南天文台天文學家的研究表明,盡管無黑子耀斑與一般耀斑大相徑庭,但它們都從局部磁場獲取能量,因此在物理性質上是一致的。

100多年來,全世界數以百計的天文台總共隻記錄到40多個白光耀斑,而其中拍攝到光譜的僅3個。1981年9月5日,紫金山天文台拍攝了一個白光耀斑的整套光譜,填補了我國白光耀斑觀測的空白。過去認為白光耀斑是最大最亮的耀斑,而這次觀測到的白光耀斑卻不大,因此給天文學家提出了一個新的問題:小耀斑怎麽會發射出連續光譜?

自1985年起,我國有關專家學者就著手為第22周太陽峰年期的科學觀測和研究積極作準備。1988年起,開始進行太**理和地球物理方麵的聯測,到90年代初,已取得了一批珍貴的資料。從現在的趨勢看,第22周峰年的活動水平超過第21周幾乎已成定局。峰年來得又早又強烈,使各國太陽和日地物理學家緊張得有點手忙腳亂了。

空間研究

地麵觀測受到諸多限製,耀斑的紫外線和X射線等重要輻射都被地球大氣屏蔽了。空間探測為耀斑研究開辟了新的窗口。1973年5月美國成功地發射了“太空實驗室”,它是一個載人的空間觀測站。在9個月的觀測中,它的望遠鏡、宇航員以及在休斯敦地麵總部的太**理學家所進行的研究,是迄今對任何天體所作過的研究中組織得最好,配合得最默契的。對1973年6月15日耀斑,從它出現前到閃光和爆發階段,以至冷卻結束,“太空實驗室”都做了係統的觀測。分析結果表明,耀斑的爆發源是位於日冕中的微小核心,由它發射的高能粒子流沿環形軌道向下運動,一直衝擊到太陽表麵,耀斑的可見光輻射就是在這個運動過程中產生的,是一種副產品。另外拍攝的耀斑光譜表明,不同譜線增強、達到極大和減弱的時間參差呈現,很有順序。這些觀測事實為美國天文學家斯塔拉克的磁力線再聯接產生耀斑的理論,提供了很好的證據。

1980年2月14日,美國發射了一顆主要用於研究太陽耀斑的“太陽峰年使命”衛星。作為太陽峰年國際聯測的一部分,地麵射電望遠鏡配合它,提供了比較連續的太陽記時觀測記錄。在地麵科學家的指導下,“太陽峰年使命”衛星對1980年4月30日的日麵邊緣耀斑拍攝了完整的紫外線和X射線光譜,以及硬X射線單色像。對1980年6月7日耀斑記錄到一條能量非常高的γ譜線。

日本於1981年2月21日發射了一顆“火鳥”衛星,它載有上乘的觀測儀器,並能不斷地旋轉,可以拍出X光太陽像以及不同波長的光譜。在入軌後的一年零5個月中,共觀測到675個耀斑,其中31個有很強的X射線,最強的一個耀斑出現在1982年6月6日,強度為12級,是有史以來記錄到的最強的一次。此外,“火鳥”還觀測到許多γ射線的耀斑。

為了深入研究耀斑,第22周太陽峰年期間,一些國家還準備發射一些衛星。日本、美國和蘇聯聯合研製的峰年探測衛星“Solar-A”在1991年下半年發射,俄羅斯準備的Coronas-I和Coronas-F兩顆衛星,也分別在1991年和1992年發射。

科學技術的發展,使耀斑的觀測和理論日臻完善,但遠不能說對耀斑有了完美的認識。世界著名天文學家帕克形象地說過:目前人們所看到的耀斑隻是“巨人的一雙腳”。為了窺其全貌,天文學家正在不懈地努力著。從曆史角度來看,最終揭開耀斑謎底也許不會是太遙遠的事情。