原文摘錄

民間太陽觀測活動

離開木星後,亞洲大陸上一萬多台地球發動機再次全功率開動,這一次,它們要不停地運行500年,不停地加速地球。這500年中,發動機將把亞洲大陸上一半的山脈當作燃料消耗掉。

從四個多世紀死亡的恐懼中解脫出來,人們長出了一口氣。但預料中的狂歡並沒有出現,接下來發生的事情出乎所有人的想象。

在地下城的慶祝集會後,我一個人穿上密封服來到地麵。童年時熟悉的群山已被超級挖掘機夷為平地,大地上隻有**的岩石和堅硬的凍土,凍土上到處有白色的斑塊,那是大海潮留下的鹽漬。麵前那座爺爺和爸爸度過了一生的、曾有千萬人口的大城市,現在已是一片廢墟,高樓鋼筋外露的殘骸在地球發動機光柱的藍光中拖著長長的影子,好像是史前巨獸的化石……一次次的洪水和小行星的撞擊已摧毀了地麵上的一切,各大陸上的城市和植被都**然無存,地球表麵已變成火星一樣的荒漠。

這一段時間,加代子心神不定。她常常扔下孩子不管,一個人開著飛行汽車出去旅行,回來後,隻是說她去了西半球。最後,她拉我一起去了。

我們的飛行汽車以四倍音速飛行了兩個小時,終於能夠看到太陽了,它剛剛升出太平洋,這時看上去隻有棒球大小,給冰封的洋麵投下一片微弱的、冷冷的光芒。

加代子把飛行汽車懸停在5000米的空中,然後從後麵拿出了一個長長的東西,去掉封套後,我看到那是一架天文望遠鏡,業餘愛好者用的那種。加代子打開車窗,把望遠鏡對準太陽,讓我看。

從有色鏡片中,我看到了放大幾百倍的太陽,我甚至清楚地看到太陽表麵緩緩移動的明暗斑點,還有日球邊緣隱隱約約的日珥。

加代子把望遠鏡同車內的計算機聯起來,把一個太陽影像采集下來。然後,她又調出了另一個太陽圖像,說:“這個是四個世紀前的太陽圖像。”接著,計算機對兩個圖像進行比較。

“看到了嗎?”加代子指著屏幕說,“它們的光度、像素排列、像素概率、層次統計等參數都完全一樣!”

我搖搖頭,說:“這能說明什麽?一架玩具望遠鏡,一個低級圖像處理程序,加上你這個無知的外行……別自尋煩惱了,別信那些謠言!”

“你是個白癡。”她說著,收回望遠鏡,把飛行汽車向回開去。這時,在我們的上方和下方,我又遠遠地看到了幾輛飛行汽車,同我們剛才一樣懸在空中,從每輛車的車窗中都伸出一架望遠鏡對著太陽。

在以後的幾個月中,一個可怕的說法像野火一樣在全世界蔓延。越來越多的人自發地用更大型更精密的儀器觀測太陽。後來,一個民間組織向太陽發射了一組探測器,它們在三個月後穿過日球。探測器發回的數據最後證實了那個事實。

同四個世紀前相比,太陽沒有任何變化。

1.太陽不會爆發了?

逃離木星的引力後,地下城的人們從恐懼中緩過神來。被隕石、洪水和挖掘機摧毀的地球表麵似乎已經沒剩下什麽值得關注的東西,一部分人把目光投向了已經變小變暗的太陽。民間太陽研究者們用大量的業餘天文望遠鏡、車載電腦和幾個眾籌的太陽探測器對著太陽一通操作,最後得到一個顛覆性的結論:太陽和幾個世紀之前相比,完全沒有變化,毫無爆發痕跡。

2.為什麽要用有色鏡片看太陽?

我們用顯微鏡去看微小的物體,比如植物的細胞和更小的分子、原子;用望遠鏡去看遙遠的物體,比如體育館中央正在演出的舞台、夜空中閃閃發光的星星。為什麽看太陽,哪怕是已經黯淡了許多的太陽,都不能直接用望遠鏡看,還要加一個有色鏡片呢?

很多人都做過或者聽過這樣一個實驗,把放大鏡放在太陽下,陽光會透過鏡片聚焦到一個點上,這個點就是“焦點”。如果在焦點的位置放上容易燃燒的東西,比如棉花球,不一會兒,棉花球就會燃燒起來。這個簡單的實驗向我們展示了太陽的威力——一個小小的凸透鏡(周圍薄、中間厚的透明圓形玻璃)收集的陽光,聚集起來就可以點燃棉花。

天文望遠鏡也是用的放大鏡的原理,把凸透鏡對準天空,就是一個最簡單的天文望遠鏡。需要說明的是,望遠鏡並不是為了看得更遠——我們自己的眼睛就可以看到254萬光年之外的仙女座星雲,卻看不見4.2光年外的比鄰星。我們之所以發明望遠鏡,是為了看得比肉眼更清楚,看到更暗的、肉眼看不到的物體和細節。

普通天文望遠鏡主要的部件有兩個:一個是伸出去的鏡頭——物鏡,物鏡是一麵大型的放大鏡,可以收集到物體發出的更多的光;一個是貼近眼睛的鏡片——目鏡,也是一麵放大鏡,用來接收物鏡聚焦後的光線並形成圖像。物鏡比較大,目鏡比較小,這樣單位麵積上光的強度增加了,就可以看到肉眼無法看到的天體,讓看不清楚的東西變得清晰可辨。

現在,我們就知道了為什麽不能用望遠鏡直接觀察太陽——與天空中的其他微小的或者本身不發光的物體比起來,太陽實在是太亮太熱了,正午的時候,用肉眼直視太陽,都會損傷眼睛,如果用放大鏡來聚焦本來就很強烈的陽光,再用眼睛直接來看的話,大概率會跟棉花球一個結局。

科學家還專門做過一個實驗,在空地上架起一架望遠鏡對準太陽,把一隻豬的眼睛放在望遠鏡下,一分鍾不到,豬眼就開始冒煙了。拿下來之後,發現眼睛的內部結構全都損壞了。所以,如果我們要觀察太陽,需要用有色鏡片等各種各樣的方式來濾過一些不需要的光線,減少進入視線的陽光強度。

3.當我們看太陽,我們在看什麽?

你知道當我們看太陽的時候,看到的是太陽的哪個部分嗎?僅憑直覺的話,可能很多人會以為看到的是太陽最外麵的那一層。其實,太陽的外層一般情況下是看不到的,為什麽會這樣呢?讓我們先來看一看太陽的結構。

雖然太陽看起來是一個簡簡單單、顏色單一的球體,但是結構比五彩繽紛的地球更加複雜。地球的主要結構隻有三層,而太陽卻是“裏三層、外三層”。

“裏三層”分為三個區:最裏麵的是我們熟悉的核反應區,也就是日核。它的半徑是整個太陽半徑的四分之一,體積是太陽的六十四分之一,質量卻占到總質量的一半以上。在這個1500萬攝氏度的高壓鍋裏,氫元素熊熊燃燒,持久而又穩定地輸出著能量。整個太陽係百分之九十九的能量都來自這個小小的核心。

日核外麵大約四分之一到五分之四個太陽半徑的區域,是有半個太陽那麽大的“輻射區”。這裏充滿了各種各樣的電磁波和粒子流,溫度從內到外逐漸降低,大概在700萬~200萬攝氏度,主要的功能是能量轉運。輻射區不停地吸收著太陽內核發出的能量,並將這些能量依次以X射線、遠紫外線、紫外線、可見光等形式向外輻射到下一層——對流區。

對流區是一個風暴的世界,厚度大約有0.28個太陽半徑。我們知道,熱空氣會上升,冷空氣會下降。對流區內層靠近高溫的輻射區,外層靠近宇宙空間,內外存在著巨大的溫差。於是,高溫的物質上升,低溫的物質下沉,物質在對流區急速地上下翻滾,掀起了巨大的風暴。風起雲湧之間,高溫物質不斷往外送,低溫物質回爐加熱,通過物質對流的方式繼續把能量往外層傳遞。

經過了對流區之後,我們就來到了太陽的外層。外層其實就是太陽的大氣層,從內到外依次是光球層、色球層和日冕層。

光球層位於對流區頂部,在這裏,溫度已經降到了5700攝氏度左右。太陽絕大部分的可見光都是從光球層發出的,所以叫“光球”非常名副其實。光球層的平均密度隻有水的幾億分之一,但是因為厚度有500公裏,亮度也很高,所以我們的肉眼沒辦法穿過光球層看到更深的太陽。光球層上有的地方溫度高一些,顏色更明亮,稱為“光斑”,有的地方溫度低一些,顏色更暗,在旁邊耀眼光芒的對比下顯得比較黑,科學家把它們叫作“太陽黑子”。我們測量的太陽半徑,是從太陽的中心拉到光球層表麵就結束了,而我們所說的太陽的表麵溫度,指的也是光球層表麵的溫度。

光球層的外麵包裹著一圈厚薄不勻的色球層,薄的地方隻有2000公裏,厚的地方可以達到10000公裏。色球層的密度比光球層還低,散發著一種淡淡的玫瑰色光芒。在它的邊緣常常跳動著大大小小的紅色火焰,就像太陽的耳朵一樣,所以我們把它叫作“日珥”。有時它的上麵又會出現大麵積的能量爆發,形成大而亮的斑塊,叫作“太陽耀斑”,一個大耀斑幾分鍾內就可以爆發出和10億顆氫彈爆炸一樣大的能量,產生的熱量和電磁輻射可能給地球上的天氣、電力和通信帶來不同程度的影響。

但是,總的來說,色球層發出的可見光隻有光球層的幾千分之一,所以,平時它的光芒都被光球層發出的光遮蓋了,我們沒法看到。隻有在日全食前後,光球層被月球的影子完全擋住,或者使用專門的色球望遠鏡(也就是“日珥鏡”)觀測,才能看見色球層那一輪美麗的輝光和跳動的火焰。非常詭異的一件事是,太陽的溫度到了這裏反而又開始升高了。從色球層底部向上走,溫度會從5000攝氏度上升到幾十萬甚至上百萬攝氏度,而目前科學家還沒有找到這種異常現象產生的原因。

日冕層是太陽最外層更加稀薄、散發著銀色光芒的大氣,它的厚度可以達到幾百萬公裏,比太陽的直徑多好幾倍。日冕層繼續保持著100萬攝氏度的高溫。在這樣的溫度下,氫、氦等原子不能再維持自己的結構,被電離成質子、氦原子核,以及脫離了原子核束縛的自由電子。這些帶電的粒子以極快的速度四散逃逸,飛向太陽之外,就形成了“太陽風”。太陽風吹到地球時,會被地球磁場阻擋,隻有在磁力較弱的南北極才能夠穿過,在地球大氣層內形成五彩斑斕的極光。

所以,我們用肉眼或者一般的天文望遠鏡看到的圓盤狀的太陽,隻是太陽的第四層——光球層。而我們看到的太陽光,從太陽的內核磕磕碰碰走到外層,需要花掉17萬年那麽長的時間。因為光球層太過明亮刺眼,普通的天文望遠鏡一般會用一種叫作“巴德膜”的塑料膜覆蓋在伸向天空的物鏡上,濾掉強烈的陽光,這樣我們看到的太陽就會失去它的顏色,變成一個暗淡的白色圓盤,以及點綴在圓盤上的黑子和耀斑。

普通天文望遠鏡看到的太陽

更好一些的天文望遠鏡會把物鏡從凸透鏡換成一種叫作“赫歇爾棱鏡”的裝置,這種特殊設

計的棱鏡可以折射、散射掉95%的光和熱,將剩下5%左右的太陽光反射到一麵深色的減光玻璃上,將陽光減弱到肉眼可以承受的程度再傳到目鏡上。這樣看到的太陽圖像就不再隻有黑白兩色,圖像更清晰,觀測也更安全。因為巴德膜如果損壞,會讓強烈的陽光直射進眼睛;赫歇爾棱鏡如果損壞,陽光就到不了眼睛了。

小說裏加代子的天文望遠鏡可以看到日珥,所以她使用的應該是業餘愛好者望遠鏡的頂級配置——日珥鏡。日珥鏡采用一種特殊的濾光器,將其他光波全部過濾掉,隻留下色球層發出的一個獨特波段的光芒,這樣觀測者不僅能夠看到一個熊熊燃燒著的巨大紅色火球,就連火球邊緣噴發的細小的日珥也能清晰看見。

4.小說裏的民間觀測靠譜嗎?

基本上是不靠譜的。即使是在四個世紀之前的現在,物理學家們也已經發明出了各式各樣的專業太陽望遠鏡來觀測和研究太陽。有建設在地麵的大型光學望遠鏡、磁場望遠鏡、射電望遠鏡,有發射到太空的空間太陽探測器,有可以飛到日冕裏麵的太陽探測器,還有放在很深的礦洞或者南極厚厚的冰蓋之下的中微子探測器。這些望遠鏡與具有超級算力的計算機互相配合、協同工作,形成一張巨大的觀測研究網,可以全天候、多角度、多層麵地收集和分析來自太陽的信息。而四個世紀之後,這張專業的“天眼”之網隻會織得更密,看得更精準,絕不是業餘愛好者人手一支的天文望遠鏡或者民間太陽探測器可以比擬的。

況且,不同的人麵對望遠鏡傳來的同樣的圖像,以及計算機給出的同樣的數據都可能會有完全不同的解讀。科學之所以是科學,不僅僅在於配備了多少專業、高端的設備,更重要的是要有受過專業訓練,能夠正確使用這些設備解讀和分析數據,掌握現象之間的聯係和物理規律的底層邏輯,並進行創造性工作的人。此外,科學的可靠性其實也並不取決於科學家個人是否值得信賴,而是通過一係列嚴格的評議、審核程序和製度來保障。所以,如果沒有專業背景,選擇信任由科學家組織發布的信息和知識,而不是抄上家夥自己幹或者聽信坊間流傳的消息,才是更加聰明和高效的方式。

2021年10月,中國科學家們也設計並發射了首顆太陽探測實驗衛星——以中國神話中的太陽女神的名字命名的“羲和”號太陽探測器。“羲和”號在全球首次實現了全日麵的Hα波段光譜成像觀測,46秒之內就可以獲得太陽表麵將近1600萬個點的光譜信息,相當於專門為太陽定製了高精度全天候的CT掃描儀。

這個年輕的探測器還將在517公裏的太陽同步軌道上不間斷地工作3年,幫助科學家們研究太陽大氣的動力學過程,以及太陽爆發活動的物理機製等課題。也許,未來關於太陽大爆發的某一次預測,就來自它或它的繼任者們傳回的信息呢。