太陽物理學:太陽物理學用物理方法研究太陽的本質和演化的一門學科，是天體物 -百科知識中文網

太陽物理學用物理方法研究太陽的本質和演化的一門學科，是天體物理學的一個分支。太陽是一顆普通的恆星，可以和研究恆星一樣，根據太陽的質量、半徑、光度、光譜來推算它的表面溫度、內部結構、能源機制等。但太陽物理也有其特點：利用太陽的強光，可觀測它的表面細節，測出微小的光度變異，求得一些極為重要的數據（如太陽磁場分布）；推求黑子、日珥、耀斑等日面活動客體的物理狀態及其變化；直接感受太陽風的影響，從而獲得日冕和行星際物質的珍貴信息。

歷史

中國古代對太陽黑子和日食現象就十分注意觀測，留下了大量的記載。近代太陽物理的研究可追溯到伽利略用望遠鏡觀測太陽黑子之時。以後，牛頓用稜鏡發現了太陽光譜。但直到二十世紀初葉，光譜才成為揭開天體秘密的有力手段（見恆星光譜）。從此，太陽物理學便步步深入，形成了一個理論和實際緊密聯繫的學科。

早在十九世紀末葉，人們就發現某些地球物理現象的變異和太陽黑子的多少有關，磁暴就是最突出的例子。進入二十世紀後，氣候的災變、地球物理現象的異常和太陽活動有關的記載日漸增多，證明了日地關係是很密切的。對於太陽本身的研究，從三十年代起，在理論分析和觀測手段上都有重大的進展。這不但增進了人類對太陽本身的了解，也促進了天體物理其他分支以及物理學的有關分支的發展。當時研究的重點是把太陽當作普通恆星來對待，最重要的課題是太陽和恆星的內部結構和能源機制，太陽和恆星的化學成分和靜態表面結構。在海耳取得太陽單色像和李奧發明Ha單色濾光器（見雙折射濾光器）之後，取得太陽表面瞬變現象的動態資料就成為常規觀測工作，在世界範圍內能夠按統一的標準監視太陽活動。人們在研究太陽的物理方法上從此跨進一個新時代。四十年代到五十年代，由於射電天文學的發展以及太陽磁像儀的發明，人們對於太陽的研究又增加了新的內容。在六十和七十年代，空間觀測又填補了許多空白。

人們已經能夠取得從γ射線到米波射電，從慢太陽風到宇宙線能級的高能粒子的資料，從而可以得到自太陽表面到地球的整個日地空間的直接數據。正是由於上述觀測手段的發展，通過理論探討，人們進一步認識到應該把太陽和日地空間作為一個整體來加以研究。在本學科的領域內，理論上最重要的發展，無疑是阿爾文於四十年代所發現的在高導電流體中磁場與流場的耦合，從而把電漿物理理論套用於太陽研究，解釋了許多太陽射電、太陽活動的現象。

研究內容

人們所理解的太陽，已經不只是一個從15，000萬公里之遙的地方供給人們光和熱的大火球，而是一個與地球有直接物質聯繫的日地系統的母體。日地之間是靠從太陽發射出來的、帶磁場的、高速太陽風進行物質聯繫的。太陽上的各種物理現象，直接或間接地通過輻射和介質波以及高能粒子的運動，傳到地球周圍，對它施加影響。人們今天研究地球科學，就不能不或多或少地考慮太陽的因素。太陽物理學較重要的問題之一，是所謂的中微子之謎（見中微子天文學）。這很可能使人們回到老的起點，即重新研究太陽的內部結構問題。

太陽是離人們最近的一顆恆星，也是唯一一顆可以進行詳細觀測的恆星。太陽每天發射出的光和熱為人們提供著人類賴以生存的能源，太陽上一個小小的風暴(日冕物質拋射)也可能引起地球外空間的強烈磁暴。但是，就是這樣一顆與人們朝夕相處的太陽，卻在諸多太陽物理學家近百年的努力後，仍有許多尚未解決的問題。

最“臭名昭著”的要數“日冕加熱問題”了。自從上個世紀30年代通過光譜觀測發現日冕具有上百萬度高溫以來，如此稀薄的太陽日冕為什麼能維持如此高的溫度這一問題，牽扯了無數太陽物理學家的神經。儘管許多“可能”的解釋被提出，並沒有一個讓人完全信服的模型被接受。

太陽活動周現象被觀測也由來已久。人們知道太陽的黑子數每11年有一周期性變化，從太陽活動低年的幾乎沒有，到太陽活動高年的上百個；同時，黑子出現的位置也有周期性變化，開始時出緯度30度左右，之後向太陽赤道移動。這些都表太陽物理學家稱為“蝴蝶圖”的觀測中。雖然一些太陽“發電機”模型能大體解釋一些太陽活動周現象，但是其中一些具體問題還使科學家們無法自信地宣稱太陽活動周問題已得到解決，人們還不能準確地預報下一個活動周內將會出現的狀況。
20世紀70年代發現的日冕物質拋射為太陽家族增添了一個新的未解之謎。人們觀測到大量的起源於太陽低層日冕的物質以平均每秒幾百千米的速度被拋出日冕。部分這些物質甚至會經曆日地之間漫長的旅行，而到達地球外層大氣，從而對地球的電離層和通訊造成影響。儘管到為止，科學家們已對上萬個日冕物質拋射進行了觀測，但對其到底為何發生以及何時會發生，仍沒有一個完整、準確的把握。

由此可見，太陽物理研究中存在著許多長久未解決的問題。這主要是由於人們對太陽的觀測已積累了相當豐富的資料，因此任何理論和模型要想成立，都必須解決和解釋眾多的、紛雜的觀測現象。那么，出路究竟在哪兒呢?也許，觀測被認為是太陽磁場構件的“基本磁元”是出路之一。

“基本磁元”是指太陽物理學家認為的組成太陽磁場的、不可再分的基本磁場構件，有些類似於原子在物質組成中的地位。對原子和元素周期表的了解大大增強了人們對物質各種各樣化學性質的了解，也許，與此相類似，對“基本磁元”的了解，將幫助人們了解紛雜的太陽物理現象，從而使各種物理現象在一個更本質的層次上得到統一。但是，觀測“基本磁元”需要極高的空間解析度。例如，理論估計磁元的大小在0.1角秒左右，這使得在地面觀測“基本磁元”基本成為不可能。由於地球大氣的不斷抖動，使地面觀測的空間解析度限制在1～2個角秒左右。因此，人們只能藉助於將望遠鏡發射到地球大氣外的空間進行觀測，以求得到高解析度的觀測資料。當然，最近發展起來的主動光學技術，在配合大型計算機使用的情況下，有可能部分克服大氣抖動的影響，從而達到提高地面觀測解析度的目的。這方面的研究尚處於研製、開發階段。

空間觀測的好處不僅在於提高了觀測的空間解析度，同時由於不再有地球大氣的消光作用，觀測的靈敏度也能大幅度地提高。能夠讓人們把太陽看得更“真真切切、明明白白”。當然，空間望遠鏡的製作具有相當的難度，所以人們也不是能一蹴而就地直接進行0.1角秒量級的觀測。從國際空間太陽望遠鏡的發展來看，也是經歷了一個從90年代初，日本陽光衛星的2.5角秒量級的觀測，到1995年上天的SOHO衛星的1.8角秒解析度觀測，再到1998年發射的TRACE衛星的0.5角秒高解析度觀測，這樣一個發展的過程。值得欣慰的是，隨著空間觀測的時間解析度和空間解析度的不斷提高，越來越多的物理現象被人們“捕捉”和了解，太陽物理研究正在進入其黃金階段。

解開“磁元之謎”，乃至諸多太陽物理之謎的關鍵一舉，也許就在中國的空間太陽望遠鏡(SST)上。SST是中國科學院國家天文台艾國祥院士提出的、用於觀測太陽磁元精細結構的空間望遠鏡。SST的主要負載是一個1米口徑的光學望遠鏡，用於觀測太陽光球層的矢量磁場。SST的0.05角秒的高空間解析度將使太陽矢量磁場的觀測達到國際上前所未有的精細程度。同時，SST的8個通道同時觀測也將使觀測的時間解析度大大提高。如此高時間解析度和高空間解析度的觀測，將使人們對太陽上的諸多基本物理現象，如太陽活動磁場變化、太陽耀斑的積蓄和爆發過程、日冕物質拋射、太陽風的形成等等，有更深入和更本質的了解，並可能取得太陽物理學上的重大突破。衛星總質量達2噸，是世界上最大的熱光學望遠鏡。

它將由長征四號乙型火箭發射，在距地709千米的太陽同步軌道上以始終指向太陽的姿態運行。在3年壽命期間，實行24小時連續工作。中國科學院國家天文台自1992年起就一直致力於“空間太陽望遠鏡”的研究，已建立了一些相關的實驗室，並做了大量的技術攻關工作。兩塊1米口徑的光學鏡片已製作成功，正在進行組裝、調試。期待著SST的成功發射，期待著其為中國天文學乃至世界太陽物理學，翻開新的一頁。