太阳振动

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太阳振动
1960年，美国天文学家莱顿将最新研制成的强力分光仪对准了太阳表面上的一个个小区域，准备测定它沸腾表面的运动情况。观测的结果，使莱顿感到十分惊讶，因他发现了一件令人惊异的现象：太阳就象一颗跳动着的心脏，一胀一缩地在脉动，大约每隔五分钟起伏振荡一次。  
这次莱顿所发现的太阳上下振动，和以前发现的黑子、日珥等各种太阳运动现象都不同，它不仅具有周期性，而且是整个日面无处不在振动。   
“多普勒效应”的功劳   
太阳距离我们十分遥远，即使通过口径最大的光学望远镜我们也根本无法看到它表面的上下起伏。那么，莱顿又是怎样发现了太阳表面这种振动的呢?说起来这还要归功于著名的“多普勒效应”。  
杆子 大家都知道，当一个声音在接近或远离我们的时候，会发生“多普勒效应”。多普勒效应是当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率不同的现象。两者相互接近时接收到的频率升高，相互离开时则降低。与声波一样，光也是一种波，并且，当光波朝向或远离观测者运动时，它也会发生“多普勒效应”。一束太阳光通过一块棱镜就会展宽成为一个由红橙黄绿青蓝紫七色光组成的连续光带，即光谱，也叫连续光谱，其中紫色光频率最高，红色光频率最低。这个彩色的连续光谱上面还有许多稀疏不均深浅不一的暗线，是太阳外层中的一些元素吸收了下面更热的气体所发出的辐射而形成的，叫做吸收线，也叫做光谱线。在观测太阳光谱的时候，如果我们一直紧紧盯住连续光谱上的同一条吸收线，那么当太阳表面的气体向上运动，也就是朝我们奔驰而来的时候，吸收线就会往光谱的高频端即紫端移动，简称紫移。反之，当气体向下运动时，吸收线就会往光谱的低频端即红端移动，简称红移。如果吸收线一会儿紫移，一会儿红移，不断交替变换，那么这就表示气体在上下振动。  
说来简单，但实际观测起来却困难重重。因为不仅太阳离我们很远，而且它振动的幅度和速度都不大，所以光谱线的位移量也非常小，大约只有波长的百万分之几。可想而知，这样微乎其微的变化，发现它是多么不容易。莱顿使用非常精密的强力分光仪拍下一张张太阳的光谱照片，然后利用“多普勒效应”的原理，通过计算机进行反复的分析，最后才终于发现了太阳表面周期振动这一重要现象。

接踵而至的新发现  
太阳五分钟振动的发现从根本上改变了人们过去对太阳运动状态的认识，世界各国的天文学家对这个问题都十分重视，许多天文学家纷纷采用各种不同方法对太阳的振动进行观测，他们不仅证实了太阳表面周期五分钟的振动，而且接二连三地又发现了其它好几种周期的振动。有人得到周期52分钟的太阳振动，有人得到周期约7～8分钟的太阳振动。最引人注意的，是苏联天文学家谢维内尔和法国天文学家布鲁克斯等得到的周期160分钟的长周期振动。  
谢维内尔观测小组在克里米亚天体物理台首先观测到太阳的这种长周期振动。1974年，他们把由光电调节器和光电光谱仪组成的太阳磁象仪安装在太阳塔的后面，利用它来观测连接太阳极区的窄条的光线避开太阳赤道部分的视运动。来自太阳中心的光线发生偏振照在光电倍增管上，来自太阳边缘的光线不偏振直接照在另一光电倍增管上，这两个光电倍增管的输出就表示出中心光线是否相对于边缘发生了多普勒位移。谢维内尔小组利用这种方法在1974年秋季和1975年春季观测到太阳160分钟的振动。  
布鲁克斯于1974年秋天在日中峰天文台，利用共振散射方法测定太阳吸收线的多普勒位移的绝对值，进行了十多天的观测，也得到了太阳160分钟的振动。  
长周期振动属于太阳吗?  
太阳160分钟振动被观测到以后，许多天文学家对它表示怀疑。有人认为这种振动可能会是一种仪器效应，因为这个周期恰好是一天的1/9，或是一个观测日(8小时)的1/3；还有人提出他监视的红外区地球大气谱线显示出周期性的脉动，太阳的长周期振动可能就是地球大气周期性变化的反映。总之，长周期振动究竟是属于太阳的，还是由于其它一些原因造成的，天文界对这个问题争论了很长一段时间。  
在争论正在激烈进行的同时，天文学家们并没有停止他们辛勤的观测。不久，美国斯坦福大学的一个科学家小组用一台太阳磁象仪也观测到了太阳的160分钟振动。后来，又有一个法国天文小组在南极成功地进行了128小时的连续观测，同样得到了太阳长周期振动。南极夏季每天24小时都能看到太阳，不存在大气的周日活动问题。另外，还有两个相距几千公里的天文台，按约定时间同时观测，它们也都测出了太阳的这种长周期振动。这两个台相距遥远，在长时期观测中大气的影响可以相互抵消了。  
愈来愈多的观测事实，使得人们愈来愈清楚地认识到，160分钟的周期振动确实属于太阳而非其它原因所致。整个太阳表面到处振动不停，不仅有升有落，而且有快有慢，这是一幅多么壮观的景象!

太阳振动是怎样产生的?  
太阳的振动是怎样产生的?这是科学家们最关心的事情。他们将观测数据用计算机进行分析处理，再将计算机做出的结论与观测到的振动现象进行比较。通过几年的研究，目前科学家们已经认识到，太阳就好像是一个铃，在其表面上观测到的振动，是这个巨大的铃内部声波共振的结果，进一步讲，太阳表面的振动是由太阳内部几百万个具有不同周期和水平波长的共振模的叠加所引起的。  
声波是一种比较简单的压力波，它可以通过任何媒介传播，太阳的声波是与地球内部地震波有些相像的连续波，它们传播的速度和方向依赖于太阳内部的温度、化学成分、密度和运动。象地球物理学家通过研究地震波去查明地球内部的构造模式相类似，天文学家正利用他们所观测到的太阳的振动，去窥探太阳内部的奥秘，并由此已经发展成为一门新的学科——日震学。  

重新建立标准太阳模型的工具  
太阳振动的发现和随之产生的日震学，具有十分重要的意义，其中最首要的一点，就是它已经成为目前天文学家们重新建立标准太阳模型的有力工具。  
过去一段时间，人们曾认为，太阳的内部状态已经研究清楚，即已经确立了标准太阳模型。然而近十几年来，人们开始担心太阳内部理论可能会存在某些错误。这一担心是由现代天体物理学中的一大悬案——太阳中微子之谜所引起的。  
中微子是一种十分奇异的粒子，它不带电，质量很小，大约只有电子质量的几百分之一，太阳内部发生核反应的时候会产生大量的中微子。美国布鲁黑文实验室的物理学家戴维斯等从五十年代起就开始了探测太阳中微子的工作。他们在南达科达州地下深1000多米的一个旧金矿里，安放了一个大罐子，里面装满四氯化二碳溶液，用它作为俘获中微子的“陷阱”。当中微子穿过这个大罐子时，就会和罐中的四氯化二碳发生核反应。通过监视和测量反应以后的生成物，就可以得到中微子的数量了。  
戴维斯辛辛苦苦花了二十多年的功夫，他所探测到的中微子却只有预期值的三分之一。其余三分之二的中微子到哪里去了?这就是著名的“中微子失踪案”。  
为了解释中微子失踪的问题，很多天文学家对标准太阳模型提出过很多修改方案，但是始终还没有哪一种修改意见能圆满地解释这个问题。

[ 本帖最后由 adyu 于 2008-7-18 23:26 编辑 ]

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