奇妙的太阳震荡

奇妙的太阳震荡

太阳表面丰富多采的活动现象已经令我们眼花缭乱，然而20世纪60年代初，天文学中的一项重大发现更令我们惊讶不已。1960年，美国天文学家莱顿将最新研制成的强力分光仪对准太阳表面上一个个小区域，准备测定它沸腾表面运动的情况。结果他意外地发现了一件令人十分惊异的现象：太阳就像一颗巨大的跳动着的心脏，一张一缩地在脉动，大约每隔5分钟起伏振荡一次。这次莱顿发现的太阳上下振荡，和以前发现的太阳黑子、日珥等各种太阳运动现象都不同，它不仅具有周期性，而且整个日面无处不在振荡。

太阳距离我们十分遥远，即使通过口径最大的光学望远镜，我们也根本无法看到它表面的上下起伏。那么，莱顿又是怎样发现太阳表面的这种振荡呢？说起来这还要归功于著名的“多普勒效应”。

大家都知道，当一个声音在接近或远离我们的时候，就会发生“多普勒效应”。当它接近我们时，我们接收到的频率升高了；当它离开我们时，我们接收到的频率降低了。与声波一样，光也是一种波，自然也有“多普勒效应”。当光波朝向或远离观测者时，光的频率也要发生变化。在由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色光组成的太阳连续光谱上，紫色光的频率最高，红色光的频率最低。这个彩色的连续光谱上面还有许多稀疏不匀、深浅不一的暗线，是太阳外层中的一些元素吸收了下面更热的气体所发出的辐射而形成的，叫做吸收线。在观察太阳光谱的时候，如果我们一直紧紧盯住连续光谱上的一条吸收线，那么当太阳表面的气体向上运动时，也就是朝我们“奔驰”而来的时候，吸收线就会往光谱的高端即紫端移动，简称紫移；反之，当气体向下移动时，吸收线就会往光谱的低端即红端移动，简称红移。如果吸收线一会儿紫移，一会儿红移，不断地交替交换，那么太阳的表面气体就在上下振荡。

说来简单，实际观察起来困难重重。因为太阳离我们很远，而且它振荡的幅度和速度都不大，所以光谱线的位移量也很小，大约只有波长的百万分之几。可想而知，这样微乎其微的变化，发现它是多么不容易。莱顿使用非常精密的强力分光仪拍下一张张太阳光谱照片，然后利用“多普勒效应”的原理，通过计算机进行反复地分析，最后才发现了太阳表面周期振荡的重要现象。

太阳5分钟振荡周期从根本上改变了人们对太阳运动状态的认识，世界各国的天文学家对这个问题都十分重视，许多天文学家纷纷采用各种不同方法对太阳进行观测。他们不仅证实了太阳表面5分钟的振荡周期，而且接连地又发现了其他好几种周期的振荡。有人得到周期为52分钟的太阳振荡，有人得到周期为7～8分钟的太阳振荡。最引人注意的是苏联天文学家谢维内尔和法国天文学家布鲁克斯等得到的周期为160分钟的长周期振荡。

谢维内尔观测小组在克里米亚天体物理台首先观测到这种长周期振荡。1974年，他们把由光电调节器和光电光谱仪组成的太阳磁象仪安装在太阳塔的后面，利用它来观测连接太阳极区的窄条的光线以避开太阳赤道部分的视运动。来自太阳中心的光线发生偏振，而来自太阳边缘的光线没有偏振，这两部分光线分别照在两个光电倍增管上，这两个光电倍增管的输出就表示中心光线是否相对于边缘发生了多普勒位移。谢维内尔小组利用这种方法在1974年秋季观测到太阳160分钟的振荡周期。

1974年秋天，布鲁克斯在日中峰天文台，利用共振散射方法测定太阳吸收线的多普勒位移的绝对值，进行了10多天的观测，也观测到了太阳160分钟的振荡周期。

太阳160分钟振荡周期被观测到以后，许多天文学家对它表示怀疑。有人认为这种振荡可能是一种仪器效应，也可能是地球大气周期性变化的反映。后来，美国斯坦福大学的一个天文小组用磁象仪观测到了太阳的160分钟振荡周期。一个法国天文小组在南极进行了128个小时的连续观测，同样观测到了160分钟太阳振荡周期。南极夏季每天24小时都能看到太阳，不存在大气的周日活动问题。另外还有两个相距几千千米的天文台同时进行观测，也都观测到太阳的这种长周期振荡。这两个台相距遥远，在长时间观测中大气的影响可以相互抵消了。太阳长周期振荡的现象终于得到了证实，疑问才被打消。

太阳表面到处振荡不停，不仅有升有落，而且有快有慢，这是一幅十分蔚为壮观的景象。

太阳振荡是怎样产生的？这是科学家们最关心的事情。目前，科学家们已经认识到，太阳振荡虽然发生在太阳表面，但其根源一定是在太阳内部。使太阳内部产生振荡的因素可能有3个，即气体压力、重力和磁力。由它们造成的波动分别称为“声波”、“重力波”和“磁流体力学波”，这三种波动还可以两两结合，甚至还可以三者合并在一起。就是这些错综复杂的波动，导致了太阳表面气势宏伟的振荡现象。人们认为，太阳5分钟振荡周期可能是太阳对流层产生的一种声波，而160分钟的振荡周期则可能是由日心引起的重力波。但是，这些解释究竟正确与否，目前还不能完全肯定。

声波是一种比较简单的压力波，它可以通过任何介质传播。太阳的声波是与地球内部的地震波有些相似的连续波，它们传播的速度和方向依赖于太阳内部的温度、化学成分、密度和运动。像地球物理学家通过研究地震波去查明地球内部的构造模式类似，天文学家正利用他们所观测到的太阳的振荡现象，去窥探太阳内部的奥秘。