這個離我們最近的恒星，竟然還有如此多的未解之謎

人類觀測太陽的歷史非常悠久。 在文明起步的階段，人類就學會了利用太陽升起和落下來的地點和時間來確定季節(jié)和播種的時間。今天全球研究太陽的科學家成千上萬，在地面上建立了大量的太陽望遠鏡，有傳統(tǒng)的光學望遠鏡，也有好多口大鍋狀圍成的天線陣。不同的望遠鏡有不同的觀測波段，除了傳統(tǒng)的白光，紅外， 還有無線電波等等。盡管做了大量觀測，太陽，這顆距離人類最近的恒星還是留下了一些未解之謎。

稻城圓環(huán)天線陣（照片為中國科學院國家空間科學中心稻城站站長吳俊偉提供）

第一個謎題通常被稱為日冕加熱問題， 也常常被我戲稱為“油炸冰淇淋”。很多人都知道太陽是一個大火球，內(nèi)部的熱核反應的溫度高達上千萬度。不過太陽表面的溫度并不高，只有大概6000度，而太陽周圍大氣的溫度從較低處的幾萬度上升到最外層的百萬度。如果我們只考慮太陽表面和太陽大氣的溫度分布，太陽就像一個被泡在熱油鍋里的冰球一樣，因此有油炸冰淇淋之說。什么原因?qū)е绿柎髿鉁囟鹊纳?？到現(xiàn)在還是一個謎。

太陽溫度分布，日冕加熱問題到現(xiàn)在還是未解之謎（圖片來源于網(wǎng)址：https://www.mn.uio.no/rocs/english/projects/solaralma/index.html）

另一個難解的謎是太陽風加速問題。太陽風是從太陽上發(fā)出的高速等離子體流， 這股粒子流一直彌漫到100多億公里之外， 我們熟知的八大行星都浸泡在太陽風里。太陽風有兩個非常顯著的特點，一是稀薄，另一個是快。太陽風稀薄的程度是地球大氣無法相比的。地表附近的大氣即使稀薄，每立方厘米的粒子個數(shù)都是個天文數(shù)字，在海平面附近這個數(shù)字超過10^20。 而太陽風中每立方厘米只有幾個粒子。 筆者做過一個簡單的計算，以地球附近的太陽風為例，地球那么大一團的太陽風的重量只有幾公斤，大致和一個籃球相當。太陽風另一個特點很難理解，太陽風的速度非常快，高達每秒400公里左右，是高鐵速度的幾千倍。衡量飛機速度需要和大氣中的聲音傳播的速度（340米/秒）比較．在太陽風中和聲波對應的是磁聲波，其傳播速度是50-100公里/秒。所以太陽風的通常是超“音”速的。太陽風并不是剛剛從太陽出來就很快，剛離開太陽表面的時候速度還很低，離開太陽表面之后速度迅速上升，仿佛是坐上了火箭一樣。

太陽風的加速過程。 橫軸為離開太陽的距離（單位是太陽半徑）， 縱軸為太陽風速度（圖片來源于論文：Understanding coronal heating and solar wind acceleration: Case for in situ near-Sun measurements 論文作者MacComas，發(fā)表于 2007年3月Review of Geophysics論文詳情見鏈接： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2006RG000195）

我們用一個類比來看看這個高速的太陽風有多怪？想象一下，一個波光粼粼的湖面上升慢悠悠地升騰起一些水蒸氣， 這也是早期研究者對太陽風的理解。不過真實的太陽風速度飛快，而且越往外越快，類似于從湖面上水蒸氣高速噴涌而出。什么神秘力量導致了太陽風像武俠小說中的輕功高手一樣在向上運動中加速？現(xiàn)在的研究表明，太陽風加速和和太陽大氣加熱是相互關聯(lián)的，雖然具體的加熱機制成謎，不過他們的能量來源是同一種或者是幾種。同樣的物理機制產(chǎn)生能量，加熱太陽大氣的同時，也導致了太陽風的加速運動。

關于太陽的另一個謎是太陽爆發(fā)。太陽爆發(fā)會產(chǎn)生光、高能粒子和高速等離子體流，如果傳播到地球，會導致地球附近空間環(huán)境的改變， 嚴重時可能對衛(wèi)星、飛機甚至地面的輸電設備造成影響，影響地面的通信導航，造成一些嚴重后果， 科學家把這類事件稱為空間天氣事件。太陽爆發(fā)是空間天氣研究非常關注的一個問題。太陽為什么會爆發(fā)、什么時間會產(chǎn)生爆發(fā)都是未解之謎。通常太陽爆發(fā)來源于太陽活動區(qū)，也是我們通常說的太陽黑子及其周圍區(qū)域。不過黑子不一定爆發(fā)，大黑子也不一定產(chǎn)生大爆發(fā)。2014年，科學家觀測到太陽上出現(xiàn)了近三十年來面積最大的黑子， 科學家們都擔心會有威力巨大的太陽風暴發(fā)生，嚴重影響人類的社會生活。結(jié)果這個面積最大的黑子沒有一次像樣的爆發(fā)。科學家的研究發(fā)現(xiàn)太陽爆發(fā)的主要原因是來源于磁力線的紐結(jié)，而這個大黑子的磁力線并沒有特別強的紐結(jié)，所以沒有大爆發(fā)產(chǎn)生?？茖W家們還在繼續(xù)努力。也許有一天，科學家們看到太陽上的黑子就能準確預報它什么時間會發(fā)生爆發(fā)，就像我們預報天氣一樣。

2014年，美國ＳＤＯ衛(wèi)星拍攝到近幾十年來最大的太陽黑子, 源于網(wǎng)址：https://www.nasa.gov/content/goddard/sdo-observes-largest-sunspot-of-the-solar-cycle/