独特的望远镜揭露太阳的秘密

我们休假一天，到（美国）新墨西哥州南部的林肯国家森林旅行，那里天气较凉，可以暂时避开沙漠的炎热。我们在途中看到路牌指示前往新墨西哥州克劳德克罗夫特附近日斑市的萨克拉门托峰天文台的途径，我们不禁生了好奇心，于是驱车前往日斑市。

我们这小队人没有一个曾经爬过9200尺的高峰。我们需要行上一条小径，直登峰顶去参观安置在一座奇形怪状的大厦里的望远镜。抵达峰顶时大家都喘不过气来。我们预料会看见一座圆顶的建筑物，因此在看到那称为山巅圆顶的建筑物时并不感到意外，可是我们发现游客不许进内。接着我们看见一间形状古怪的建筑物。

它是一座高耸入云、基部狭窄，矗立在地面的三角形建筑物，是容许外人参观的。（见下页附图。）我们不久就来到一间实验室，里面有个长长的望远镜，用轴承挂着，高高在上地悬在台的顶端。告示牌警告人切勿踏上平台以致扰乱仪器的平衡。

使太阳“停顿”

在一个小型接待室内，有颜色图表解释在这里所研究的是什么，我们很有兴趣地看到这些复杂的建筑物是专门用来研究太阳的。我们询问一位在那里工作的科学家，他们是否要研究怎样从太阳获得能量。他解释他们并非作此类研究，而是从事一项基本研究计划，搜集有关太阳和它对地球大气层以及对太阳系的空间有什么影响的资料。同时，科学家也借着不断观察太阳表面来研究它的内部。

向导向我们解释，在那里设立天文台是因为高山的空气干燥和没有污染，因此是良好的研究地点。天文台在1951年成立；这是在美国其中一座最早专用来研究太阳的天文台之一。据附近的图表透露，这个巨大的高台突出地面136尺，但望远镜的另一端却深入地下193尺。因此，望远镜的全长共329尺，长度等于一个足球场！望远镜的管里几乎完全真空，因此阳光进入时不会被加热了的空气所扭曲。这足以形成异常澄清的反映形像，使研究家能够见到太阳表面一些杰出的景象。

整个望远镜（重量超过250吨）悬在一个凭水银浮动的轴承之上，借此望远镜可以自由转动去弥补地球的转动。是故，望远镜可以长期指向太阳，因此太阳在与望远镜的关系上实际可说是“停顿”的。这种设计的目的是要观察和拍摄太阳表面光球层和太阳较低处的大气层——色球层——十分微小的特征。

谷仓圆顶大厦

我们回到车上时经过一座异乎寻常的建筑物，看来好像一个圆形的农场筒仓。事实果然！它称为谷仓圆顶大厦，是在天文台的早期从西雅罗伯克公司买来的，改装之后用来容纳日斑市的第一台望远镜。当时太空飞行正在计划之中，需要搜集关于太阳怎样影响地球大气层的资料，尤其是与太阳的异常活动所造成的干扰有关的资料。

后来在1957年，一个非营利的机构AURA（大学天文学研究协会）由美国亚利桑那州图森市的基特峰国立天文台、智利拉塞雷纳市的托洛洛山美洲洲际天文台和美国马里兰州巴尔的摩市的太空望远镜科学研究所共同赞助之下成立。AURA认为借着科学家和知识的交流，大家可以对太阳获得更深的了解。我们开始看出这个孤处山巅的天文台其实与世界各地均有联系。

颤动的太阳

研究主持人德尔尼(Bernard Durney)博士仁慈地自告奋勇回答若干有关太阳的问题。他解释他本人正在致力研究太阳地震学。我们需要他解释才明白这个名词的意思。看来这门科学在萨克拉门托峰才首次受人研究。他解释说：“太阳不但在本身的轴心上旋转，而且以其他许多方式移动。借着不断观察太阳的表面，目击它所发生的变化，我们可以研究这种移动。我们可以从这些变化猜想太阳内部可能发生什么变化，然后计划各项研究去看看我们的主张获得证实抑或受到否定。”

德尔尼博士继续说：“大约在1970年，研究者预测太阳会发生颤抖（摇动），情形正如敲响大钟时所发生的震动一般。这也可以比作石子投入池塘时整个池塘表面受到影响的情况，因为震波从投下的地方向外散开。不同之处只是，太阳里的震波经过整个太阳向四面八方扩散。”

看来这些颤动起源于不同的层面，有些来自太阳表层之下，有些来自太阳里面较深之处。借着这些研究，科学家获知太阳大约每小时稍为膨胀，然后再度收缩，好像呼吸一般。1975年，一位研究者初次见到太阳的颤动。1976年，俄国科学家也报告太阳表面的起伏。a但直至1979-80年，这种震动才获得证实，部分由萨克拉门托峰天文台所作的研究加以证明。

德尔尼博士继续说：“太阳有许多不寻常的移动。既然太阳是气体构成的，太阳表面的某些部分可以旋转得快过其他部分。……借着像我们在日斑天文台一样恒常观察太阳，我们能够确知太阳内部怎样旋转。……既然太阳在本身的赤道部分旋转得较快，表面就有许多混和的情形发生，因而造成种种奇怪的现象。这种不寻常的移动在太阳内部深处形成磁场，然后这些磁场浮升到太阳表面。日斑（太阳黑子）便是这些磁场的表现之一。”

昼夜观察太阳！

德尔尼博士解释说：“我们的确需要继续不断观察太阳以求看见太阳表面的所有活动和改变。既然地球每天自转一次，因此无法在地面上一处地方作这种观察。这意味到我们需要在环球各地设立太阳观察站。”

这件事目前尚做不到，但德尔尼博士告诉我们，在1980-81年，几位科学家曾从萨克拉门托峰到南极观察三次，每次为期三个月。既然太阳在南极要三个月才落下，因此可以昼夜不断用望远镜加以观察。获知搜集这种资料牵涉到地上的多个地方令我们颇感兴趣。科学家们希望有一天能够把太阳的震动分门别类，加以解释，以期了解太阳内部有什么事发生。研究家现时寄望于组成一个全球的观察网去这样行。

太阳的耀斑与日冕

我们接着向德尔尼博士提出的问题是，“在萨克拉门托峰还有其他什么研究进行？”他告诉我们关于太阳的耀斑，说：“这些巨大的耀斑从太阳表面爆出，伸入数百万哩的太空，所发出的粒子抵达地球时使无线电通讯大受干扰。有粒子不断从太阳流出，称为太阳风。它使太阳表面的旋转放缓，这又进一步对太阳深处的旋转产生作用。结果是，随着太阳老化，旋转也逐渐缓慢。太阳内部对表面旋转放缓一事有什么反应乃是我们这里所要研究的事物之一。”

在天文台每日进行的另一项研究包括每天为日冕拍照。照片揭露太阳四周的热力怎样天天改变。制成的图表显示从太阳发出的高温伸展到多远。图表每天更换，从而为太空飞行者提供有用的资料。

太阳所担任的重大角色

来自太阳的能源是地上维持生命所必需的。它影响到我们、我们的视力和地上的动植物。1979年发表的一项研究表明，有证据显示美国西部22年周期的干旱看来与为期大约22年的日斑周期结束有若干关系。这是令人有兴趣研究太阳的活动和这件事对天气的可能影响的理由之一。

在1950年代，萨克拉门托峰天文台是最先有分决定太阳常数的天文台之一。太阳常数乃是穿越太阳与地球的距离抵达空间里一件物体的力量单位总和。可能更重要的是太阳常数会有多少变化。

日斑是令人更感兴趣的太阳特色之一，它对地球上的人颇有影响。首次观察到日斑的是伽利略。后来科学家确定日斑的周期延续11年，一个完整的日斑周期则包括两个11年的日斑活动时期。正如德尔尼解释：“日斑就是磁场。日斑之所以昏黑是因为它们阻塞了能的流通。太阳耀斑则被认为是由太阳表面这些磁场湮灭所促成，太阳表面于是放出巨量的能，它对我们的影响是干扰无线电波，而且使我们大气层的若干部分充电。这种能也造成所谓北极光和南极光（或称极光），自古至今均被人视为奇观。”

研究太阳可能有助于预告日斑活动时可能在大气层里发生的地磁暴。地磁暴会影响到世界通讯以及倚靠优良无线电通讯的种种活动，例如空中旅行。由于卫星传播所费不资，因此大多数通讯仍然由地上的无线电发送机执行。日斑放出的能量干扰地球附近离子化微粒的电子壳层，从而影响到归回地球的无线电波。电子壳层若是失效，无线电信息也就消失了。

关于阳光，还有更多事尚待知晓。产生粮食的植物要倚靠阳光去制造食物里的糖和其他化学物质。阳光产生的光化学反应使我们能够拍摄黑色或彩色照片。因此，在许多人看来，尽量研究这颗距离我们最近的星体乃是明智之举。

从这次短暂探访日斑市以及和专家们交谈所得，我们意识到人对太阳的知识仍颇有限。我们大多数人都在寒冷的冬日喜欢太阳，在夏日则希望太阳不那么热；通常我们对太阳的兴趣仅是到此为止。我们很高兴这次能够在科技方面对太阳略有所窥。我们大家不得不承认，人类在了解太阳这颗造益我们的星球的许多奇事方面，真的只是开始而已。——外稿。

［脚注］

［第22页的附栏］

太阳温度是什么意思？

鲁布卢斯基(John Rublowsky)在《太阳的生与死》一书第59和60页解释说：“我们对太阳温度的意思应该稍加了解。太阳有两种不同的温度。一种称为‘动力温度’；另一种称为‘辐射温度’。动力温度以粒子的平均分子移动来衡量。移动越快，温度就越高。我们若谈及太阳大气的温度时，所指的便是动力温度。我们的意思是，我们若从光球层向上移，太阳大气里粒子移动的平均速度亦递增。粒子的温度即使高达几百万度，它们也不会把你的皮肤灼至起泡。

另一方面，辐射温度所量度的乃是物质所放出的辐射的质和量。我们若谈及太阳内部深处的温度，所指的便是辐射温度。火焰的温度也是一种辐射温度。

可是，我们谈及太阳的大气时并不能使用辐射温度这种观念。如果日冕的温度是放射温度的［摄氏］100万度，太阳大气就会光亮到使我们看不见光球层。事实上，情形若真的是这样，太阳大气就会放出太多辐射，以致离太阳最远的行星——冥王星——也会被过强的热力所气化。幸好太阳大气的温度是动力温度而非辐射温度。

这并非意味到太阳大气没有放出辐射温度。太阳不但放出大量辐射，而且发出一种十分奇特的辐射。日冕的最高部分放出X射线和若干可见的光线，较低部分则放出紫外光。这种辐射对地球非常重要，因为它产生地球大气的不同层面。”

［第24页的附栏或图解］

太阳——地球之星

太阳是个维持生命的巨大洪炉——供应给地球光和热。这个以氢气为主的圆球巨大到可以容纳一百万个地球！不过，以星体而言，它并不算是最大的。科学家逐渐看出，太阳这个巨大能源十分奇妙。例如，“它的大部分光线均从一个地带发出，这个地带在光球层之内，厚度大约只有100公里（60哩）。”可是，太阳的半径据估计达43万2651哩。——《太阳》，尼科尔森(Iain Nicolson)着。

太阳的设计

核心——太阳中央的核子“燃烧”地带，温度以此带为最高。

放射带——从核心放出的能量借着辐射通过此带而转变成伽马射线和X射线。

对流带——一个较凉的地带，从放射带传来的能量借着对流而移动。

光球层——差不多所有阳光都从这个看来是太阳表面的部分射出。它至若干程度是透明的，“可以被透视到几百公里的深处”。（太阳）温度约华氏1万度。

色球层——只有在日全蚀时才可以见到。这层几千哩厚的气体较为稀薄，但比光球层热得多，温度约达华氏1万8000度。

日冕——只在日全蚀时见得到，它出现时像羽状的流光，伸展到极远，温度极高。

［图解］（排版后的式样，见出版物）

色球层

光球层

对流带

放射带

核心

［鸣谢］

From a sketch by National Optical Astronomy Observatories

［第23页的图解或图片］

（排版后的式样，见出版物）

镜子（高出地面136尺）

地平面

真空管转动（250吨）

地底193尺

221尺

［鸣谢］

From a sketch by National Optical Astronomy Observatories

［第25页的图片］

日珥

［鸣谢］

Holiday Films

［第25页的图片］

日斑

［鸣谢］

National Optical Astronomy Observatories