太陽振動

1960年，美國天文學家萊頓將最新研製成的強力分光儀對準了太陽表面上的一個個小區域，準備測定它沸騰表面的運動情況。觀測的結果，使萊頓感到十分驚訝，因他發現了一件令人驚異的現象：太陽就象一顆跳動著的心臟，一脹一縮地在脈動，大約每隔五分鐘起伏振盪一次。

基本介紹

• 自然現象：太陽振動
• 自然體：太陽
• 現象：太陽表面振動

事件簡介

這次萊頓所發現的太陽上下振動，和以前發現的黑子、日珥等各種太陽運動現象都不同，它不僅具有周期性，而且是整個日面無處不在振動。

太陽距離我們十分遙遠，即使通過口徑最大的光學望遠鏡我們也根本無法看到它表面的上下起伏。那么，萊頓又是怎樣發現了太陽表面這種振動的呢?說起來這還要歸功於著名的“都卜勒效應”。

發現太陽振動

都卜勒效應

太陽距離我們十分遙遠，即使通過口徑最大的光學望遠鏡我們也根本無法看到它表面的上下起伏。那么，萊頓又是怎樣發現了太陽表面這種振動的呢?說起來這還要歸功於著名的“都卜勒效應”。

大家都知道，當一個聲音在接近或遠離我們的時候，會發生“都卜勒效應”。都卜勒效應是當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率和波源發出的頻率不同的現象。兩者相互接近時接收到的頻率升高，相互離開時則降低。與聲波一樣，光也是一種波，並且，當光波朝向或遠離觀測者運動時，它也會發生“都卜勒效應”。

都卜勒效應的套用

一束太陽光通過一塊稜鏡就會展寬成為一個由紅橙黃綠青藍紫七色光組成的連續光帶，即光譜，也叫連續光譜，其中紫色光頻率最高，紅色光頻率最低。這個彩色的連續光譜上面還有許多稀疏不均深淺不一的暗線，是太陽外層中的一些元素吸收了下面更熱的氣體所發出的輻射而形成的，叫做吸收線，也叫做光譜線。在觀測太陽光譜的時候，如果我們一直緊緊盯住連續光譜上的同一條吸收線，那么當太陽表面的氣體向上運動，也就是朝我們賓士而來的時候，吸收線就會往光譜的高頻端即紫端移動，簡稱紫移。反之，當氣體向下運動時，吸收線就會往光譜的低頻端即紅端移動，簡稱紅移。如果吸收線一會兒紫移，一會兒紅移，不斷交替變換，那么這就表示氣體在上下振動。

說來簡單，但實際觀測起來卻困難重重。因為不僅太陽離我們很遠，而且它振動的幅度和速度都不大，所以光譜線的位移量也非常小，大約只有波長的百萬分之幾。可想而知，這樣微乎其微的變化，發現它是多么不容易。萊頓使用非常精密的強力分光儀拍下一張張太陽的光譜照片，然後利用“都卜勒效應”的原理，通過計算機進行反覆的分析，最後才終於發現了太陽表面周期振動這一重要現象。

接踵而至的新發現

眾多發現

太陽五分鐘振動的發現從根本上改變了人們過去對太陽運動狀態的認識，世界各國的天文學家對這個問題都十分重視，許多天文學家紛紛採用各種不同方法對太陽的振動進行觀測，他們不僅證實了太陽表面周期五分鐘的振動，而且接二連三地又發現了其它好幾種周期的振動。有人得到周期52分鐘的太陽振動，有人得到周期約7～8分鐘的太陽振動。最引人注意的，是蘇聯天文學家謝維內爾和法國天文學家布魯克斯等得到的周期160分鐘的長周期振動。

周期160分鐘周期振動

謝維內爾觀測小組在克里米亞天體物理台首先觀測到太陽的這種長周期振動。1974年，他們把由光電調節器和光電光譜儀組成的太陽磁象儀安裝在太陽塔的後面，利用它來觀測連線太陽極區的窄條的光線避開太陽赤道部分的視運動。來自太陽中心的光線發生偏振照在光電倍增管上，來自太陽邊緣的光線不偏振直接照在另一光電倍增管上，這兩個光電倍增管的輸出就表示出中心光線是否相對於邊緣發生了都卜勒位移。謝維內爾小組利用這種方法在1974年秋季和1975年春季觀測到太陽160分鐘的振動。

布魯克斯於1974年秋天在日中峰天文台，利用共振散射方法測定太陽吸收線的都卜勒位移的絕對值，進行了十多天的觀測，也得到了太陽160分鐘的振動。

有關問題

長周期振動屬於太陽嗎

太陽160分鐘振動被觀測到以後，許多天文學家對它表示懷疑。有人認為這種振動可能會是一種儀器效應，因為這個周期恰好是一天的1/9，或是一個觀測日(8小時)的1/3；還有人提出他監視的紅外區地球大氣譜線顯示出周期性的脈動，太陽的長周期振動可能就是地球大氣周期性變化的反映。總之，長周期振動究竟是屬於太陽的，還是由於其它一些原因造成的，天文界對這個問題爭論了很長一段時間。

在爭論正在激烈進行的同時，天文學家們並沒有停止他們辛勤的觀測。不久，美國史丹福大學的一個科學家小組用一台太陽磁象儀也觀測到了太陽的160分鐘振動。後來，又有一個法國天文小組在南極成功地進行了128小時的連續觀測，同樣得到了太陽長周期振動。南極夏季每天24小時都能看到太陽，不存在大氣的周日活動問題。另外，還有兩個相距幾千公里的天文台，按約定時間同時觀測，它們也都測出了太陽的這種長周期振動。這兩個台相距遙遠，在長時期觀測中大氣的影響可以相互抵消了。

愈來愈多的觀測事實，使得人們愈來愈清楚地認識到，160分鐘的周期振動確實屬於太陽而非其它原因所致。整個太陽表面到處振動不停，不僅有升有落，而且有快有慢，這是一幅多么壯觀的景象!

太陽振動是怎樣產生的

太陽的振動是怎樣產生的?這是科學家們最關心的事情。他們將觀測數據用計算機進行分析處理，再將計算機做出的結論與觀測到的振動現象進行比較。通過幾年的研究，目前科學家們已經認識到，太陽就好像是一個鈴，在其表面上觀測到的振動，是這個巨大的鈴內部聲波共振的結果，進一步講，太陽表面的振動是由太陽內部幾百萬個具有不同周期和水平波長的共振模的疊加所引起的。

聲波是一種比較簡單的壓力波，它可以通過任何媒介傳播，太陽的聲波是與地球內部地震波有些相像的連續波，它們傳播的速度和方向依賴於太陽內部的溫度、化學成分、密度和運動。與地球物理學家通過研究地震波去查明地球內部的構造模式相類似，天文學家正利用他們所觀測到的太陽的振動，去窺探太陽內部的奧秘，並由此已經發展成為一門新的學科——日震學。

重新建立標準太陽模型的工具

太陽振動的發現和隨之產生的日震學，具有十分重要的意義，其中最首要的一點，就是它已經成為目前天文學家們重新建立標準太陽模型的有力工具。

過去一段時間，人們曾認為，太陽的內部狀態已經研究清楚，即已經確立了標準太陽模型。然而近十幾年來，人們開始擔心太陽內部理論可能會存在某些錯誤。這一擔心是由現代天體物理學中的一大懸案——太陽中微子之謎所引起的。

中微子是一種十分奇異的粒子，它不帶電，質量很小，大約只有電子質量的幾百分之一，太陽內部發生核反應的時候會產生大量的中微子。美國布魯黑文實驗室的物理學家戴維斯等從五十年代起就開始了探測太陽中微子的工作。他們在南達科達州地下深1000多米的一個舊金礦里，安放了一個大罐子，裡面裝滿四氯化二碳溶液，用它作為俘獲中微子的“陷阱”。當中微子穿過這個大罐子時，就會和罐中的四氯化二碳發生核反應。通過監視和測量反應以後的生成物，就可以得到中微子的數量了。

戴維斯辛辛苦苦花了二十多年的功夫，他所探測到的中微子卻只有預期值的三分之一。其餘三分之二的中微子到哪裡去了?這就是著名的“中微子失蹤案”。

為了解釋中微子失蹤的問題，很多天文學家對標準太陽模型提出過很多修改方案，但是始終還沒有哪一種修改意見能圓滿地解釋這個問題。