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        一眼萬年的太陽發(fā)現(xiàn)之旅

        2023-10-09 00:55:50韓大洋
        發(fā)明與創(chuàng)新 2023年28期
        關(guān)鍵詞:人類

        ◆韓大洋

        人類對太陽的了解與認(rèn)知,與人類自然科學(xué)水平以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。讓我們一起回顧人類歷史中對太陽由主觀感受到客觀探究的進(jìn)步,踏上由表面現(xiàn)象到內(nèi)部活動的發(fā)現(xiàn)之旅。

        第一階段 你是光、你是熱

        早在遠(yuǎn)古洪荒時代,人類在蟲豸猛獸與嚴(yán)苛自然環(huán)境的狹縫中艱難生存。一群原始人在冰冷的洞穴中醒來,伴著新升的太陽慢慢舒展身體,讓陽光溫暖肌膚。在這一瞬間,他們眼中的太陽就是光明與溫暖的神,是支撐族群生存的力量源泉與精神圖騰。

        第二階段 太陽也有別樣功能

        太陽和地球?qū)⑦m宜的環(huán)境與充足的資源匹配給了人類,使得人類在很短的時間內(nèi)就在農(nóng)業(yè)、畜牧、經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域取得了成就。

        人類通過日常觀察與學(xué)習(xí)總結(jié)領(lǐng)悟到太陽的運(yùn)動規(guī)律,并用太陽的升落交替定義“天”這個時間概念。人類還用“日”這個字代表生活與勞作。透過《詩經(jīng)》中的“日居月諸,出自東方”和“一日不見,如三秋兮”以及“吉日維戊,既伯既禱”等詩句,你能感受到古人對太陽睿智的理解。

        在自然科學(xué)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)這件大事上,人類更是將太陽的作用發(fā)揮到了極致。借助陽光照射土圭成影的長度變化,古人第一次準(zhǔn)確地劃分了四季,并在漢朝時形成了根據(jù)太陽高度角變化對應(yīng)的播、耕、種、收、儲這樣一套完整的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方法,也就是二十四節(jié)氣。

        很快,人類開始對太陽有了新的認(rèn)識。

        圖1 圭表(圖/新華網(wǎng))

        第三階段 天文觀測的新紀(jì)元

        1609年,伽利略發(fā)明了天文望遠(yuǎn)鏡,人類第一次借助光學(xué)望遠(yuǎn)設(shè)備觀測太陽,產(chǎn)生了很多研究成果。比如:第一次確定了太陽黑子是發(fā)生在太陽表面的現(xiàn)象,而不是出現(xiàn)在地球和太陽之間的遮擋物;通過對黑子的連續(xù)觀測,首次確認(rèn)了太陽存在自轉(zhuǎn);進(jìn)一步觀測發(fā)現(xiàn),太陽赤道區(qū)域自轉(zhuǎn)一周所用時間約為25 天,越往兩極自轉(zhuǎn)速度越慢,太陽在南北極區(qū)的自轉(zhuǎn)周期已經(jīng)延長到35 天,這是氣態(tài)星球的典型自轉(zhuǎn)方式——較差自轉(zhuǎn)。

        19 世紀(jì),德國天文學(xué)家海因里希·施瓦貝對太陽進(jìn)行了長達(dá)數(shù)十年的不間斷記錄,發(fā)現(xiàn)了重要的太陽11年活動周期。這一觀測成果在現(xiàn)代空間天氣預(yù)報中仍起著至關(guān)重要的作用。

        第四階段 光譜觀測

        1665年,英國大科學(xué)家牛頓發(fā)現(xiàn)了可見光的色散現(xiàn)象,揭示了光包含不同波長光的特性,光譜就是將光按照波長順序及其對應(yīng)的輻射強(qiáng)度排列出的圖案。

        1814年,德國物理學(xué)家約瑟夫·馮·夫朗和費(fèi)發(fā)現(xiàn)了太陽的吸收光譜。通過譜線中的一個個“斷點”,人們獲取了包括太陽大氣的成分、溫度、壓強(qiáng)等重要物理信息。

        1908年,美國天文學(xué)家喬治·海爾發(fā)明了一種新的太陽觀測儀器,通過觀測發(fā)現(xiàn)太陽黑子區(qū)域的磁場非常強(qiáng),是地球磁場的數(shù)千倍。

        1940年,德國學(xué)者瓦爾特·格羅特里安發(fā)現(xiàn),太陽日冕層的溫度反而比其內(nèi)部的色球、光球?qū)痈摺?942年,科學(xué)家確定了日冕物質(zhì)由高溫等離子體構(gòu)成,并發(fā)現(xiàn)其溫度可能達(dá)百萬攝氏度。

        圖2 太陽吸收光譜(圖/美國國家航空航天局)

        第五階段 空間探索

        1959年,蘇聯(lián)發(fā)射的“月球號”飛船首次發(fā)現(xiàn)了宇宙中的太陽風(fēng)。

        1971年,美國發(fā)射“OSO-7 號”太陽觀測衛(wèi)星,通過日冕儀首次觀測到了從太陽上噴發(fā)而出的太陽等離子體。

        1995年,SOHO 衛(wèi)星被發(fā)射到地球和太陽之間的拉格朗日L1 點,用以監(jiān)測太陽風(fēng)的速度、密度、溫度、磁場等關(guān)鍵信息。

        2018年,“帕克號”太陽探測器成功發(fā)射,它將在未來數(shù)年間多次飛掠太陽表面,最近一次更是達(dá)到數(shù)百萬千米間距的“貼臉”式探測,探索日冕的內(nèi)部世界。

        我國在太陽空間觀測方面起步較晚,但發(fā)展的速度非???。1988年9月7日,自第一顆風(fēng)云衛(wèi)星進(jìn)入太空起,空間天氣探測設(shè)備就一直作為“標(biāo)配”伴隨著每一個型號。2021年,實現(xiàn)我國空間太陽觀測“零”突破的風(fēng)云三號E 星發(fā)射升空,成功獲取我國第一幅空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的太陽圖像,解決了關(guān)鍵資料卡脖子的問題,同年發(fā)射的“羲和號”太陽探測科學(xué)試驗衛(wèi)星,實現(xiàn)了國際上首次空間太陽Hα 波段光譜掃描成像,其世界最高水平的高清監(jiān)測數(shù)據(jù)已在我國空間天氣業(yè)務(wù)中得以應(yīng)用。

        圖3 風(fēng)云三號E 星搭載的空間望遠(yuǎn)鏡太陽195 埃監(jiān)測圖(圖/國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心)

        圖4 “羲和號”獲取的高分辨率太陽圖像(圖/南京大學(xué)羲和團(tuán)隊)

        隨著人類對太陽認(rèn)識的不斷深入,太陽活動對人類乃至整個星系的影響也將越發(fā)凸顯。

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