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太阳物理学

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  用物理方法研究太阳的本质和演化的一门学科,是天体物理学的一个分支。太阳是一颗普通的恒星,可以和研究恒星一样,根据太阳的质量、半径、光度、光谱来推算它的表面温度、内部结构、能源机制等。但太阳物理也有其特点:利用太阳的强光,可观测它的表面细节,测出微小的光度变异,求得一些极为重要的数据(如太阳磁场分布);推求黑子日珥耀斑等日面活动客体的物理状态及其变化;直接感受太阳风的影响,从而获得日冕行星际物质的珍贵信息。
  中国古代对太阳黑子和日食现象就十分注意观测,留下了大量的记载。近代太阳物理的研究可追溯到伽利略用望远镜观测太阳黑子之时。以后,牛顿用棱镜发现了太阳光谱。但直到二十世纪初叶,光谱才成为揭开天体秘密的有力手段(见恒星光谱)。从此,太阳物理学便步步深入,形成了一个理论和实际紧密联系的学科。
  早在十九世纪末叶,人们就发现某些地球物理现象的变异和太阳黑子的多少有关,磁暴就是最突出的例子。进入二十世纪后,气候的灾变、地球物理现象的异常和太阳活动有关的记载日渐增多,证明了日地关系是很密切的。对于太阳本身的研究,从三十年代起,在理论分析和观测手段上都有重大的进展。这不但增进了人类对太阳本身的了解,也促进了天体物理其他分支以及物理学的有关分支的发展。当时研究的重点是把太阳当作普通恒星来对待,最重要的课题是太阳和恒星的内部结构和能源机制,太阳和恒星的化学成分和静态表面结构。在海耳取得太阳单色像和李奥发明Ha单色滤光器(见双折射滤光器)之后,取得太阳表面瞬变现象的动态资料就成为常规观测工作,在世界范围内能够按统一的标准监视太阳活动。人们在研究太阳的物理方法上从此跨进一个新时代。四十年代到五十年代,由于射电天文学的发展以及太阳磁像仪的发明,人们对于太阳的研究又增加了新的内容。在六十和七十年代,空间观测又填补了许多空白。现在,我们已经能够取得从γ射线到米波射电,从慢太阳风到宇宙线能级的高能粒子的资料,从而可以得到自太阳表面到地球的整个日地空间的直接数据。正是由于上述观测手段的发展,通过理论探讨,我们进一步认识到应该把太阳和日地空间作为一个整体来加以研究。在本学科的领域内,理论上最重要的发展,无疑是阿尔文于四十年代所发现的在高导电流体中磁场与流场的耦合,从而把等离子体物理理论应用于太阳研究,解释了许多太阳射电、太阳活动的现象。
  我们现在所理解的太阳,已经不只是一个从15,000万公里之遥的地方供给我们光和热的大火球,而是一个与地球有直接物质联系的日地系统的母体。日地之间是靠从太阳发射出来的、带磁场的、高速太阳风进行物质联系的。太阳上的各种物理现象,直接或间接地通过辐射和介质波以及高能粒子的运动,传到地球周围,对它施加影响。人们今天研究地球科学,就不能不或多或少地考虑太阳的因素。太阳物理学目前较重要的问题之一,是所谓的中微子之谜(见中微子天文学)。这很可能使人们回到老的起点,即重新研究太阳的内部结构问题。
  参考书目
 谢韦尔内著,李竞译:《太阳物理学》,科学出版社,北京,1960。
 E.G.Gibson,The Quiet Sun,NASA,Washington,1973.

 

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