日震學(xué)家們又捕捉到了一種發(fā)生在太陽表面的振動(dòng)，終于有望揭開太陽內(nèi)部動(dòng)力機(jī)制的面紗了。

正如地球物理學(xué)通過研究地震波來探察地球核心結(jié)構(gòu)一樣，日震學(xué)通過對太陽表層振動(dòng)進(jìn)行分析，從而推測其內(nèi)部構(gòu)造。要知道，在太陽的內(nèi)部回蕩著無數(shù)的波，隨著它們的擴(kuò)散，太陽表層便會像鼓皮樣不停振動(dòng)。不過要探知其原因卻是一個(gè)很大的難題，因?yàn)檫@意味著需要測出這個(gè)半徑為70萬千米的氣態(tài)星球表面僅僅幾米的細(xì)微變化!而這正是搭載在太陽和太陽風(fēng)層探測衛(wèi)星SOHO上的星體低頻振蕩探測儀高爾夫10年來的工作?？梢哉f，由法國和西班牙共同研制的這臺探測儀圓滿完成了任務(wù)!研制該儀器的國際團(tuán)隊(duì)在法國原子能總署薩克萊研究中心天體物理部太陽物理專家拉斐爾·加西亞和西爾萬娜·蒂爾克·謝茲的領(lǐng)導(dǎo)下，通過對探測儀觀測數(shù)據(jù)的分析，終于找到了他們一直在尋找的東西：太陽表層的一種新的振動(dòng)，能夠揭示日核奧秘的振動(dòng)!他們由此發(fā)現(xiàn)，日核的轉(zhuǎn)速比輻射區(qū)快3倍－5倍(輻射區(qū)是指日核與日表下沸騰的對流區(qū)之間密度和溫度都極高的區(qū)域)。這一發(fā)現(xiàn)尤其為我們深入理解太陽磁場(眾所周知的太陽活動(dòng)周期便是由太陽磁場決定的)打開了大門，并將提供有關(guān)太陽系構(gòu)成方面的寶貴信息，前景十分誘人。

尼斯大學(xué)天體物理實(shí)驗(yàn)室的天體物理學(xué)家、日震學(xué)的先驅(qū)之一埃里克·福薩回憶道：“早在20世紀(jì)60年代，我們就已經(jīng)探測到太陽的振蕩，但還無法精確測量其頻率。當(dāng)時(shí)我們就想到或許可以搞一門日震學(xué)，但也知道這必須以長時(shí)間的觀測為基礎(chǔ)。”1979年，埃里克·福薩和他在法國藍(lán)色海岸天文臺的同行，同樣也是天體物理學(xué)家的熱拉爾·格萊克在南極對太陽進(jìn)行了連續(xù)6天的觀測，真正開創(chuàng)了日震學(xué)的紀(jì)元。埃里克·福薩指出，在不到30年的時(shí)間內(nèi)，這個(gè)全新的學(xué)科證實(shí)了“太陽的主要物理參數(shù)和研究模型”，體現(xiàn)出它的價(jià)值和潛力。他還表示：“通過日震學(xué)，現(xiàn)在我們已經(jīng)確定了太陽對流區(qū)和輻射區(qū)的界限所在：太陽半徑的0，713倍處。小數(shù)點(diǎn)后3位的精確度啊!真是讓人難以置信!”

那么，對太陽的觀測是怎樣為我們提供有關(guān)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及活動(dòng)機(jī)制的精準(zhǔn)信息的呢?

20世紀(jì)60年代初剛探測到太陽振動(dòng)的時(shí)候，天體物理學(xué)家馬上就明白了它的形成原理。埃里克·福薩解釋說：“在我們這個(gè)恒星的內(nèi)部，只可能有兩種回復(fù)力形成這種振蕩，那就是壓力和重力?！碑?dāng)這兩種回復(fù)力打破原有的平衡時(shí)，會分別形成壓力波和重力波。這兩種不同類型的波在太陽內(nèi)部擴(kuò)散，以它們特有的模式形成共振，使星球像一個(gè)巨大的共鳴箱一樣振動(dòng)起來。通過研究這些共振模式，天體物理學(xué)家就能更好地理解波是如何在太陽內(nèi)部擴(kuò)散的，從而對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行推斷。

專家們從一開始就測到了壓力波的共振模式。那是一種聲學(xué)模式：壓力波在擴(kuò)散過程中反復(fù)使氣體膨脹和壓縮。而且早在1979年，專家們就了解了它們的來源。拉斐爾·加西亞解釋道：“這些聲波是由運(yùn)動(dòng)到太陽表面的巨大氣泡爆裂導(dǎo)致的——這里涉及的是表面對流。我們所要偵測的正是這些氣泡破裂產(chǎn)生的聲波，那就好比要監(jiān)聽水滴落在水塘上發(fā)出的聲音?！痹趯?shí)際操作中，為了估測這種來自太陽內(nèi)部的聲音，“高爾夫”對太陽脈動(dòng)進(jìn)行了極為精確的測量。這種脈動(dòng)極其微弱，速度僅為每秒幾十厘米，周期不過幾分鐘。借助這些測量結(jié)果，日震學(xué)家就可以推測壓力波的軌跡，從而窺探到太陽內(nèi)部的信息。“這些聲學(xué)共振使我們得以確定聲波在太陽內(nèi)部的傳播速度?！蔽鳡柸f娜·蒂爾克·謝茲明確地指出：“而太陽是一個(gè)氣體星球，因此我們就能順藤摸瓜，確定相關(guān)的壓力和密度，并間接地了解其內(nèi)部溫度?！比照饘W(xué)的主要成就全部來自這種方法。利用這種方法，今天我們已經(jīng)完全有可能在太陽背面的黑子變得可見之前就將它們定位。這一點(diǎn)意義重大。因?yàn)槲覀冎?，黑子引起的太陽爆發(fā)對航天員和人造衛(wèi)星的安全是一種潛在的危脅。

不過對太陽其他一些物理特性的研究，光使用這一方法我們還是兩眼一抹黑。因?yàn)樘杻?nèi)部的動(dòng)力機(jī)制只有通過研究重力波的共振模式才能探明，但重力波的共振模式要比壓力波的共振模式難測得多?！爸亓Σ▽?dǎo)致太陽表面以每秒幾毫米的速度波動(dòng)，而且波動(dòng)周期為數(shù)小時(shí)!”拉斐爾，加西亞解釋道?，F(xiàn)在，就算天體物理學(xué)家之前從來沒有觀測到重力波的共振模式，但借助理論模型，他們也知道自己必須研究什么?！爸亓Σㄊ窃趯α鲄^(qū)和輻射區(qū)的交界處產(chǎn)生的。當(dāng)對流區(qū)的氣泡進(jìn)入物質(zhì)密度更高的輻射區(qū)時(shí)，浮力構(gòu)成的回復(fù)力便引發(fā)振動(dòng)。這就像‘一石激起千層浪’，那些波浪就相當(dāng)于重力波?！?/p>

只是這些“波浪”在穿過對流區(qū)時(shí)被大大削弱，從而淹沒在太陽表面的一片沸騰之中——這也就難怪研究人員采集了整整10年的數(shù)據(jù)才把這些信號從喧鬧的環(huán)境噪音中剝離出來。而今天，對重力波共振模式的探測使太陽的核心機(jī)密逐步暴露在我們眼前。通過對首批探測數(shù)據(jù)的仔細(xì)分析，日震學(xué)家對太陽核心的高速旋轉(zhuǎn)已經(jīng)有了初步認(rèn)識。拉斐爾，加西亞興奮地說：“確定太陽核心的轉(zhuǎn)速非常重要，因?yàn)樗翘栃纬呻A段留下的遺跡，通過對它的了解我們就能獲得有關(guān)太陽系形成的信息?！倍姨祗w物理學(xué)家并不滿足于此，因?yàn)橛嘘P(guān)重力波共振模式的精確研究或許會成為一個(gè)真正的信息寶庫，正如西爾萬娜·蒂爾克·謝茲所說：“得益于SOHO的觀測，近幾年我們終于明白太陽活動(dòng)、黑子爆發(fā)、太陽磁場等諸多現(xiàn)象全都來自于太陽內(nèi)部。而對重力波共振模式的研究恰恰可以使我們深入太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，今后的研究必定會更加細(xì)致、精確?！?/p>

現(xiàn)在，日本的“日出”衛(wèi)星和法美合作的“日地關(guān)系觀測”雙子衛(wèi)星也正在密切注視著太陽，它們的使命是研究引發(fā)日冕物質(zhì)拋射的太陽磁場變化，以及磁暴與地球的相互作用。的確，今天的太陽已經(jīng)處在我們的密切監(jiān)測和監(jiān)聽之下，但它還遠(yuǎn)未坦白所有的秘密。