原文摘录

民间太阳观测活动

离开木星后,亚洲大陆上一万多台地球发动机再次全功率开动,这一次,它们要不停地运行500年,不停地加速地球。这500年中,发动机将把亚洲大陆上一半的山脉当作燃料消耗掉。

从四个多世纪死亡的恐惧中解脱出来,人们长出了一口气。但预料中的狂欢并没有出现,接下来发生的事情出乎所有人的想象。

在地下城的庆祝集会后,我一个人穿上密封服来到地面。童年时熟悉的群山已被超级挖掘机夷为平地,大地上只有**的岩石和坚硬的冻土,冻土上到处有白色的斑块,那是大海潮留下的盐渍。面前那座爷爷和爸爸度过了一生的、曾有千万人口的大城市,现在已是一片废墟,高楼钢筋外露的残骸在地球发动机光柱的蓝光中拖着长长的影子,好像是史前巨兽的化石……一次次的洪水和小行星的撞击已摧毁了地面上的一切,各大陆上的城市和植被都**然无存,地球表面已变成火星一样的荒漠。

这一段时间,加代子心神不定。她常常扔下孩子不管,一个人开着飞行汽车出去旅行,回来后,只是说她去了西半球。最后,她拉我一起去了。

我们的飞行汽车以四倍音速飞行了两个小时,终于能够看到太阳了,它刚刚升出太平洋,这时看上去只有棒球大小,给冰封的洋面投下一片微弱的、冷冷的光芒。

加代子把飞行汽车悬停在5000米的空中,然后从后面拿出了一个长长的东西,去掉封套后,我看到那是一架天文望远镜,业余爱好者用的那种。加代子打开车窗,把望远镜对准太阳,让我看。

从有色镜片中,我看到了放大几百倍的太阳,我甚至清楚地看到太阳表面缓缓移动的明暗斑点,还有日球边缘隐隐约约的日珥。

加代子把望远镜同车内的计算机联起来,把一个太阳影像采集下来。然后,她又调出了另一个太阳图像,说:“这个是四个世纪前的太阳图像。”接着,计算机对两个图像进行比较。

“看到了吗?”加代子指着屏幕说,“它们的光度、像素排列、像素概率、层次统计等参数都完全一样!”

我摇摇头,说:“这能说明什么?一架玩具望远镜,一个低级图像处理程序,加上你这个无知的外行……别自寻烦恼了,别信那些谣言!”

“你是个白痴。”她说着,收回望远镜,把飞行汽车向回开去。这时,在我们的上方和下方,我又远远地看到了几辆飞行汽车,同我们刚才一样悬在空中,从每辆车的车窗中都伸出一架望远镜对着太阳。

在以后的几个月中,一个可怕的说法像野火一样在全世界蔓延。越来越多的人自发地用更大型更精密的仪器观测太阳。后来,一个民间组织向太阳发射了一组探测器,它们在三个月后穿过日球。探测器发回的数据最后证实了那个事实。

同四个世纪前相比,太阳没有任何变化。

1.太阳不会爆发了?

逃离木星的引力后,地下城的人们从恐惧中缓过神来。被陨石、洪水和挖掘机摧毁的地球表面似乎已经没剩下什么值得关注的东西,一部分人把目光投向了已经变小变暗的太阳。民间太阳研究者们用大量的业余天文望远镜、车载电脑和几个众筹的太阳探测器对着太阳一通操作,最后得到一个颠覆性的结论:太阳和几个世纪之前相比,完全没有变化,毫无爆发痕迹。

2.为什么要用有色镜片看太阳?

我们用显微镜去看微小的物体,比如植物的细胞和更小的分子、原子;用望远镜去看遥远的物体,比如体育馆中央正在演出的舞台、夜空中闪闪发光的星星。为什么看太阳,哪怕是已经黯淡了许多的太阳,都不能直接用望远镜看,还要加一个有色镜片呢?

很多人都做过或者听过这样一个实验,把放大镜放在太阳下,阳光会透过镜片聚焦到一个点上,这个点就是“焦点”。如果在焦点的位置放上容易燃烧的东西,比如棉花球,不一会儿,棉花球就会燃烧起来。这个简单的实验向我们展示了太阳的威力——一个小小的凸透镜(周围薄、中间厚的透明圆形玻璃)收集的阳光,聚集起来就可以点燃棉花。

天文望远镜也是用的放大镜的原理,把凸透镜对准天空,就是一个最简单的天文望远镜。需要说明的是,望远镜并不是为了看得更远——我们自己的眼睛就可以看到254万光年之外的仙女座星云,却看不见4.2光年外的比邻星。我们之所以发明望远镜,是为了看得比肉眼更清楚,看到更暗的、肉眼看不到的物体和细节。

普通天文望远镜主要的部件有两个:一个是伸出去的镜头——物镜,物镜是一面大型的放大镜,可以收集到物体发出的更多的光;一个是贴近眼睛的镜片——目镜,也是一面放大镜,用来接收物镜聚焦后的光线并形成图像。物镜比较大,目镜比较小,这样单位面积上光的强度增加了,就可以看到肉眼无法看到的天体,让看不清楚的东西变得清晰可辨。

现在,我们就知道了为什么不能用望远镜直接观察太阳——与天空中的其他微小的或者本身不发光的物体比起来,太阳实在是太亮太热了,正午的时候,用肉眼直视太阳,都会损伤眼睛,如果用放大镜来聚焦本来就很强烈的阳光,再用眼睛直接来看的话,大概率会跟棉花球一个结局。

科学家还专门做过一个实验,在空地上架起一架望远镜对准太阳,把一只猪的眼睛放在望远镜下,一分钟不到,猪眼就开始冒烟了。拿下来之后,发现眼睛的内部结构全都损坏了。所以,如果我们要观察太阳,需要用有色镜片等各种各样的方式来滤过一些不需要的光线,减少进入视线的阳光强度。

3.当我们看太阳,我们在看什么?

你知道当我们看太阳的时候,看到的是太阳的哪个部分吗?仅凭直觉的话,可能很多人会以为看到的是太阳最外面的那一层。其实,太阳的外层一般情况下是看不到的,为什么会这样呢?让我们先来看一看太阳的结构。

虽然太阳看起来是一个简简单单、颜色单一的球体,但是结构比五彩缤纷的地球更加复杂。地球的主要结构只有三层,而太阳却是“里三层、外三层”。

“里三层”分为三个区:最里面的是我们熟悉的核反应区,也就是日核。它的半径是整个太阳半径的四分之一,体积是太阳的六十四分之一,质量却占到总质量的一半以上。在这个1500万摄氏度的高压锅里,氢元素熊熊燃烧,持久而又稳定地输出着能量。整个太阳系百分之九十九的能量都来自这个小小的核心。

日核外面大约四分之一到五分之四个太阳半径的区域,是有半个太阳那么大的“辐射区”。这里充满了各种各样的电磁波和粒子流,温度从内到外逐渐降低,大概在700万~200万摄氏度,主要的功能是能量转运。辐射区不停地吸收着太阳内核发出的能量,并将这些能量依次以X射线、远紫外线、紫外线、可见光等形式向外辐射到下一层——对流区。

对流区是一个风暴的世界,厚度大约有0.28个太阳半径。我们知道,热空气会上升,冷空气会下降。对流区内层靠近高温的辐射区,外层靠近宇宙空间,内外存在着巨大的温差。于是,高温的物质上升,低温的物质下沉,物质在对流区急速地上下翻滚,掀起了巨大的风暴。风起云涌之间,高温物质不断往外送,低温物质回炉加热,通过物质对流的方式继续把能量往外层传递。

经过了对流区之后,我们就来到了太阳的外层。外层其实就是太阳的大气层,从内到外依次是光球层、色球层和日冕层。

光球层位于对流区顶部,在这里,温度已经降到了5700摄氏度左右。太阳绝大部分的可见光都是从光球层发出的,所以叫“光球”非常名副其实。光球层的平均密度只有水的几亿分之一,但是因为厚度有500公里,亮度也很高,所以我们的肉眼没办法穿过光球层看到更深的太阳。光球层上有的地方温度高一些,颜色更明亮,称为“光斑”,有的地方温度低一些,颜色更暗,在旁边耀眼光芒的对比下显得比较黑,科学家把它们叫作“太阳黑子”。我们测量的太阳半径,是从太阳的中心拉到光球层表面就结束了,而我们所说的太阳的表面温度,指的也是光球层表面的温度。

光球层的外面包裹着一圈厚薄不匀的色球层,薄的地方只有2000公里,厚的地方可以达到10000公里。色球层的密度比光球层还低,散发着一种淡淡的玫瑰色光芒。在它的边缘常常跳动着大大小小的红色火焰,就像太阳的耳朵一样,所以我们把它叫作“日珥”。有时它的上面又会出现大面积的能量爆发,形成大而亮的斑块,叫作“太阳耀斑”,一个大耀斑几分钟内就可以爆发出和10亿颗氢弹爆炸一样大的能量,产生的热量和电磁辐射可能给地球上的天气、电力和通信带来不同程度的影响。

但是,总的来说,色球层发出的可见光只有光球层的几千分之一,所以,平时它的光芒都被光球层发出的光遮盖了,我们没法看到。只有在日全食前后,光球层被月球的影子完全挡住,或者使用专门的色球望远镜(也就是“日珥镜”)观测,才能看见色球层那一轮美丽的辉光和跳动的火焰。非常诡异的一件事是,太阳的温度到了这里反而又开始升高了。从色球层底部向上走,温度会从5000摄氏度上升到几十万甚至上百万摄氏度,而目前科学家还没有找到这种异常现象产生的原因。

日冕层是太阳最外层更加稀薄、散发着银色光芒的大气,它的厚度可以达到几百万公里,比太阳的直径多好几倍。日冕层继续保持着100万摄氏度的高温。在这样的温度下,氢、氦等原子不能再维持自己的结构,被电离成质子、氦原子核,以及脱离了原子核束缚的自由电子。这些带电的粒子以极快的速度四散逃逸,飞向太阳之外,就形成了“太阳风”。太阳风吹到地球时,会被地球磁场阻挡,只有在磁力较弱的南北极才能够穿过,在地球大气层内形成五彩斑斓的极光。

所以,我们用肉眼或者一般的天文望远镜看到的圆盘状的太阳,只是太阳的第四层——光球层。而我们看到的太阳光,从太阳的内核磕磕碰碰走到外层,需要花掉17万年那么长的时间。因为光球层太过明亮刺眼,普通的天文望远镜一般会用一种叫作“巴德膜”的塑料膜覆盖在伸向天空的物镜上,滤掉强烈的阳光,这样我们看到的太阳就会失去它的颜色,变成一个暗淡的白色圆盘,以及点缀在圆盘上的黑子和耀斑。

普通天文望远镜看到的太阳

更好一些的天文望远镜会把物镜从凸透镜换成一种叫作“赫歇尔棱镜”的装置,这种特殊设

计的棱镜可以折射、散射掉95%的光和热,将剩下5%左右的太阳光反射到一面深色的减光玻璃上,将阳光减弱到肉眼可以承受的程度再传到目镜上。这样看到的太阳图像就不再只有黑白两色,图像更清晰,观测也更安全。因为巴德膜如果损坏,会让强烈的阳光直射进眼睛;赫歇尔棱镜如果损坏,阳光就到不了眼睛了。

小说里加代子的天文望远镜可以看到日珥,所以她使用的应该是业余爱好者望远镜的顶级配置——日珥镜。日珥镜采用一种特殊的滤光器,将其他光波全部过滤掉,只留下色球层发出的一个独特波段的光芒,这样观测者不仅能够看到一个熊熊燃烧着的巨大红色火球,就连火球边缘喷发的细小的日珥也能清晰看见。

4.小说里的民间观测靠谱吗?

基本上是不靠谱的。即使是在四个世纪之前的现在,物理学家们也已经发明出了各式各样的专业太阳望远镜来观测和研究太阳。有建设在地面的大型光学望远镜、磁场望远镜、射电望远镜,有发射到太空的空间太阳探测器,有可以飞到日冕里面的太阳探测器,还有放在很深的矿洞或者南极厚厚的冰盖之下的中微子探测器。这些望远镜与具有超级算力的计算机互相配合、协同工作,形成一张巨大的观测研究网,可以全天候、多角度、多层面地收集和分析来自太阳的信息。而四个世纪之后,这张专业的“天眼”之网只会织得更密,看得更精准,绝不是业余爱好者人手一支的天文望远镜或者民间太阳探测器可以比拟的。

况且,不同的人面对望远镜传来的同样的图像,以及计算机给出的同样的数据都可能会有完全不同的解读。科学之所以是科学,不仅仅在于配备了多少专业、高端的设备,更重要的是要有受过专业训练,能够正确使用这些设备解读和分析数据,掌握现象之间的联系和物理规律的底层逻辑,并进行创造性工作的人。此外,科学的可靠性其实也并不取决于科学家个人是否值得信赖,而是通过一系列严格的评议、审核程序和制度来保障。所以,如果没有专业背景,选择信任由科学家组织发布的信息和知识,而不是抄上家伙自己干或者听信坊间流传的消息,才是更加聪明和高效的方式。

2021年10月,中国科学家们也设计并发射了首颗太阳探测实验卫星——以中国神话中的太阳女神的名字命名的“羲和”号太阳探测器。“羲和”号在全球首次实现了全日面的Hα波段光谱成像观测,46秒之内就可以获得太阳表面将近1600万个点的光谱信息,相当于专门为太阳定制了高精度全天候的CT扫描仪。

这个年轻的探测器还将在517公里的太阳同步轨道上不间断地工作3年,帮助科学家们研究太阳大气的动力学过程,以及太阳爆发活动的物理机制等课题。也许,未来关于太阳大爆发的某一次预测,就来自它或它的继任者们传回的信息呢。