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所以說，太陽透過種種不同的方式，用 它巨大的能量和質量─大概是等於三十三萬 個地球質量的總和─來影響它周遭的行星。 那我們就想問，這麼大的能量，是怎麼從這 麼大的質量裡產生的？ 早期的科學工作者，曾經試著用人類一 般產生能量的方法來解釋太陽的能源。十九 世紀的人算過，如果太陽是一大塊煤的話， 雖然質量巨大，不過燒個三千年也就燒完了 ，這個時間比人類的歷史還短。 又有人提議，星球中的氣體分子互相吸 引，星球收縮，應該可以放出大量的重力位 能。不錯，太陽是一個大氫氣球，但是如果 要依賴收縮來產生這幾十億年放出來的能量 ，那太陽原來應該大的不得了。簡單的計算 顯示，兩千五百萬年以前，太陽應該大到把 地球都包括進去。 當然，這又是不對的，因為今天地球上 的生物以及風貌，必須要在幾億年不變的環 境之下，才能夠慢慢演化產生的。因此單純 的氣體收縮，仍然無法解釋太陽巨大的能量 來源。 這個看來簡單的問題，一直到二十世紀 初期，愛因斯坦提出了特殊相對論以後，才 漸露曙光。 特殊相對論的一個重要結果，就是質能 互換：物質和能量，可以經由E=MC平方這個 簡單的式子，互相轉換。在物質轉換成能量 的過程中，物質完全消失，不會留下灰燼。 現在就讓我們來看看，太陽內部的質能轉換 是怎麼開始的？ 太陽內部因為受到外層重達三十三萬個 地球質量的擠壓，核心溫度高達一千五百萬 度。在這麼高的溫度之下，核心的氫元素早 已經解離成為一個質子和一個電子。帶正電 的質子和質子間本來互相排斥，但因為核心 空間太小而且溫度太高，質子之間的排斥力 相較之下微不足道，所以質子互相熔合。 熔和過程的淨反應是四個質子熔和產生 一個新的氦原子核，但這個氦原子核的質量 比原來四個質子的總質量小了一點點，大約 是千分之七。 不要小看這千分之七，這就是地球上萬 事萬物活力的泉源。如果有一千公克的氫氣 ，經由熔合的過程，可以產生九百九十三克 的氦氣，那這多出來的七公克，就會經由E= MC平方完全轉變成能量，這個能量大約等於 燃燒兩百噸煤的結果。 七公克的氫能夠產生兩百噸煤燃燒的能 量！不過這還不是最可觀的。要維持像太陽 這樣巨大而恆久的能量，每秒鐘太陽需要把 六億噸的氫氣轉變成氦氣，這其中千分之七 的能量就是照耀太陽系，讓我們賴以維生的 陽光。 每秒鐘六億噸的氫氣，天哪，我們談的 不是鐵塊、磚頭這些比較重的東西，我們談 的是宇宙裡最輕的元素─氫氣。六億噸氫氣 要佔多大的體積，太陽經的起這樣的消耗嗎 ？ 經得起！不但經得起，而且可以維持這 樣的消耗速率，再五十億年！經過了五十億 年以後，太陽會進入它的老年期，不過到那 時候為止，太陽也不過只消耗了它總質量的 百分之五而已。 理論的這一方面，我們談的很多了. . . . . . 現在讓我們去看看，天文 學家是怎麼樣觀測太陽的。 一般而言，觀測太陽主要有四種方法： 第一種方法是使用攝影機直接攝影，得到的 影像可以用來研究太陽表面的結構變化。第 二種方法是使用磁像儀，研究太陽表面磁場 的分佈和大小變化。第三種方法是使用光譜 儀，分析太陽光在各個波段的能量分佈，以 及表面的離子、原子，及分子的種類與多寡 。這三種方法，研究的都是太陽表面的性質 。第四種方法，和以上三種方法截然不同， 是利用太陽表面的震盪，研究太陽由內部深 處直到表面的整體結構。 現在就讓我們去一一造訪世界上 幾個主要研究太陽的天文機構，看一看在這 四種不同的觀測方法下，太陽是一個什麼樣 的面貌。 在美國西南亞利桑那州一望無際的沙漠 裡，有一片帕帕哥族印第安人的保留區。保 留區邊上群峰環繞，其中兩千公尺高的基特 峰上，蓋滿了大大小小的天文圓頂，是美國 國家太陽天文台的所在地。 在這些白色圓頂中間，有一座極為特殊 的三角形建築物，造型和傳統的天文圓頂完 全不同，這就是我們要去拜訪的第一站。 太陽，是離我們最近的一顆星星，它跟 我們的生活，也有最密切的關係。地球上一 切能量的來源最終都可以追溯到太陽，所以 研究太陽物理一直是天文學裡面，很重要的 一個科目。中國人在上古就有對太陽的觀測 。古書上說：「日中有金烏」，那就是上古 中國人對太陽黑子的觀測。現代的天文學家 為了要觀測太陽，他也必須要把太陽天文台 蓋在高海拔、晴朗的地方。我們現在所在的 位置，就是美國亞利桑那州基特峰國家天文 台上面，全世界最大的太陽望遠鏡McMath的 頂端。 在三角形建築的頂端平台上，有一座直 徑兩公尺的定天鏡，可以把太陽影像反射進 入長長的通道，經過多次鏡面反射，最終把 太陽影像引入地下的觀測室。 在觀測室裡，天文學家使用各樣儀器， 直接對太陽影像進行研究分析，以了解太陽 表面各種不同的性質。像是表面米粒組織的 細微變化，日珥、耀斑的產生，以及黑子的 數目和分佈。 當我們放大了太陽影像，細看太陽表面 ，發覺那裡就像一鍋燒得沸騰的開水。因為 溫度變化而產生的對流過程，帶著物質上下 翻騰，形成了太陽表面千千萬萬個不斷變化 的細微斑點，我們稱作「米粒組織」。 不過這些米粒可不小，每一個的直徑大 概都在一千公里左右，十個米粒排成直線， 就和我們的地球差不多大小。 當我們把鏡頭拉遠，米粒組織逐漸無法 辨別，整個太陽圓盤上，最特殊的就屬太陽 黑子了。 也就是因為黑子是如此的明顯，所以早在幾個世紀以前，天文觀測者就對黑子的數 目和分佈，開始作有系統的記錄。 太陽表面的溫度大概在攝氏五千五百度 左右，而黑子區域的溫度要低上一千多度， 因此黑子本身的表面溫度雖然也達到四千多 度的高溫，但是在和周遭環境的對比之下， 就顯得黯淡的多，因此稱作「黑子」。 為什麼黑子區域的溫度低呢？因為那裡 有著強烈的磁場。 強烈的磁場活動限制了內部能量傳抵表 面，因此表面溫度比周遭低了許多。 當我們認識到了黑子活動和磁場 有密不可分的關係之後，天文學家就發明了 一種儀器，專門研究太陽表面的磁場大小和 分佈。 我們現在看到的，就是中央大學天文研 究所闕志鴻教授研究太陽物理所使用的太陽 磁像儀的定天鏡。這也就是我們要談的第二 種方法。 我們知道地球磁場有南北極，太陽黑子 本身的磁場也有南北極。磁像儀在作太陽觀 測的時候，可以顯示出黑子磁場的南北極， 我們現在看到的兩張照片，就是使用磁像儀 ，在相隔了十一年的兩次太陽活動劇烈時所 拍的照片。黑色代表北極，白色代表南極。 有趣的是，十一年之間，黑子本身磁場極性 竟然完全改變！ 這告訴我們一個重要的事實，真正的太 陽活動周期是二十二年，而不是十一年！ 太陽雖然離我們很近，但是對太陽的研究仍然不斷帶給我們新的發現。這些新的知 識，不但能讓我們研究日地關係，更能讓我 們進一步的認識宇宙裡其他星球在做什麼， 因為太陽也就是一顆星星！ 正因為如此，大陸上近年也投下了相當 多的資源，專門研究太陽磁場。現在就讓我 們去看看，北京天文台的懷柔太陽塔。 由北京往北，車行一個多小時， 我們來到了懷柔水庫的邊上。 深秋的湖面，平滑如鏡，倒映著 遠山，景色極美。 為什麼要找這樣的環境作太陽觀測呢？ 因為大量的水，在吸收太陽熱量的時候 ，溫度變化緩慢，因此水庫表面的氣流非常 穩定。 「. . . 經過三個年頭的選址，找到這 個水面上. . . 覺得大氣的寧靜度和明晰度 ，從各方面來比較，在水面上比較好. . 」 懷柔太陽塔上主要的儀器，是一具九通 道太陽磁場望遠鏡，它除了能夠對黑子區域 作平面的研究之外，還能作磁場速度層的縱 向觀測，可以研究黑子區域的三度空間立體 結構。 除了太陽影像及磁場觀測之外，第三種 觀測太陽的方法是使用光譜儀進行分光研究 。 離開了懷柔太陽塔，我們來到了 南京明孝陵附近的孝陵衛太陽塔。這裡是一 個典型的，使用光譜儀觀測的太陽天文台。 由台頂六十公分直徑的定天鏡引下來的 光，經過大色散的光柵分光，在光譜儀的暗 室中，我們看到了七彩的太陽光線。由不同 色光的強弱，和光譜中暗線的位置，我們可 以知道太陽表面的溫度，以及表面離子、原 子，及分子的種類和數量。 我們前面提過了三種觀測太陽的方法， 但是近年來關於太陽研究，又有一個新的領 域興起，叫做「日震學」。 六０年代初期，天文學家發現了太陽表 面任何一處，都有震波存在，震波的周期大 概在五分鐘左右。整個太陽就好像一個大鈴 鐺，不斷的有震波在內部傳來傳去。 這些震波在我們了解太陽內部構造上幫 了大忙。我們研究地球內部的構造，靠的多 半是地震波的傳遞；同樣的，觀測太陽表面 這些震波的頻率和大小的變化，也能夠幫助 我們了解太陽內部各部份的構造。 為了要研究太陽內部震波傳遞的詳細過 程，我們必須要長期觀測太陽。但是地球上 白日黑夜按時交替，怎麼樣才能對亮度變化 作長期不間斷的觀測呢？ 「我們知道南北極的話，大概有半年的 時間太陽不會下山。可是南北極有個缺點， 南北極的天氣很糟糕。太陽的高度很低，所 以大氣的影響非常大；第二個方法是最好的 方法，但是是最花錢的方法，就是把這個儀 器送到人造衛星上面，在適當的軌道下，可 以一直看到太陽；第三個方法是在全球建立 觀測網，使太陽不下山。」 目前英國、法國，和美國都已經有了， 或正在建立全球的觀測網，而清華大學的周 定一教授，也在全球的六個地點進行觀測網 的設置。 全球的觀測網需要龐大的人力和精密的 儀器，希望在不久的將來，我們自己的科學 工作人員，也能夠盡一份力量，了解太陽的 過去、現在，和未來。 古人曾經問「是長安遠，還是太陽遠？ 」我們今天不但已經知道是太陽遠，還知道 太陽是一顆逐漸步入中年的星球，正以驚人 的速率在消耗它內部的能源。五十億年之後 ，太陽進入老年，它的中心核反應會逐漸停 止，再過個幾百億年，等到它剩餘的重力位 能也釋放完了，太陽就不再發光，正式的告 別了宇宙的舞台，成為無邊黑暗裡頭一顆冰 冷的天體。 這話聽起來令人傷感，但古人說：天地 者，萬物之逆旅，光陰者，百代之過客。的 確，太陽，和它所孕育的萬物，都不過是宇 宙的過客罷了。有一天，等到太陽不再發光 ，人們─如果人們仍然存在的話─應該已經 找到另一顆「母星」，繼續生活。只希望到那時候，他們記得，他們是來自一個叫做「 太陽系」的地方。 參考資料 http://ncuol.ncu.edu.tw/astronomy/scenario/sun.htm 相關詞： 太陽風暴,太陽磁暴,太陽的女子,太陽眼鏡,太陽劇團,三個太陽,太陽之歌,太陽馬戲團,太陽軌跡,太陽黑子 [ 快速連結 ] 其它回答( 2 ) | 意見( 3 ) | 評論( 0 ) 發問者評價 恩 發表你的評價 你的評價 發表評價： 正面 普通 負面 評價內容： 發表 取消 加入追蹤 轉寄朋友 友善列印 馬上按讚 加入 Yahoo! 奇摩 知識+ 粉絲團 測測你的職場英文有幾分？ 多益700分線上測驗題庫 立即免費測試你的多益等級 包羅萬象！知識強者教會你 不會做？來這裡找就通通會 沒想到！竟然會有這些密技 相關問答 [ 表演 ]太陽劇團女生都愛看太陽劇團嗎 [ 表演 ]有太陽劇團迷的女生要一起看嗎 [ 天文 ]影響太陽輻射強度的因素? 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