《太阳全书》｜高爽解读

关于作者

李昂·戈拉伯是麻省理工学院博士，现在是哈佛大学的哈佛施密松天体物理中心的高级天文学家，研究太阳的权威学者。杰伊·帕萨乔夫是哈佛大学博士，在加州理工学院和威廉姆斯学院从事关于太阳的研究和教学工作。

关于本书

本书是以太阳为主题的天文学科普读物。全书图文并茂，展现了现代天文学对太阳的了解的方方面面。从观测太阳表面的细节，到不同波段的信息融合，再到推理太阳内部的结构，系统地为你介绍一个完整的天文学家眼中的太阳。

核心内容

一、通过观察太阳的外表，我们能获得什么重要的信息？

二、太阳的内部结构是怎样的？天文学家是如何发现这些看不到的信息的？

三、太阳对我们在地球上的生活都有哪些影响？

前言

你好，欢迎每天听本书，我是高爽，得到App《天文学通识》课程的主理人。今天为你解读的，是一本关于太阳的科普书，叫《太阳全书》。

 《太阳全书》，顾名思义，想对太阳有个基本了解，读这一本书就够了。我把《太阳全书》这本书列为我的《天文学通识课30讲》太阳这个模块的参考书，是因为这本书完整而又精彩。

全书用了8个章节讨论了太阳的方方面面，内容非常充实。不但如此，作者还大量引用了第一手的资料，贯通古今和东西方的知识，让人读起来觉得深刻又容易理解。

可以说，这本书能帮你花费最少的时间和精力，了解大量有关太阳的知识。如果你是天文学的初学者，你可以从书中获得丰富的故事和进阶的线索。如果你已经对天文学有一定了解，比如已经学完了我的《天文学通识30讲》，这本书可以让你跟上关于太阳的最前沿的研究进展，让你与世界天文学同步。

 本书的作者有两位，分别是李昂·戈拉伯和杰伊·帕萨乔夫，他们都是著名的天文学家。李昂·戈拉伯是麻省理工学院博士，现在是哈佛大学的哈佛施密松天体物理中心的高级天文学家，是研究太阳的权威学者。杰伊·帕萨乔夫是哈佛大学博士，在加州理工学院和威廉姆斯学院从事关于太阳的研究和教学工作。两位老先生合作写完这本书的时候，一位71岁，一位74岁。我是读着两位老先生的著作和论文成长起来的晚辈，有机会读到他们超过40年的天文学研究生涯的精华，是我的幸运。

接下来我将分成三部分，为你解读这本书。第一部分，说的是看得见的太阳。通过观察太阳的外表，我们能获得什么重要的信息？第二部分说的是看不见的太阳，我将带你探索太阳的内部。第三部分说的是，太阳对我们在地球上的生活都有哪些影响？

第一部分

先来说第一部分。

在进入今天的正题之前，我想先和你说说，为什么系统学习天文学，就要深入了解太阳呢？

首先，了解太阳，可以作为学习天文学的入门步骤。相比夜晚需要带着望远镜跑到郊外，才能找到的暗弱恒星和星系，太阳太明显了。白天的时候，我们就可以很轻易地看到太阳；利用很多现成的工具，比如尺子、木棍、放大镜、三棱镜，就可以研究太阳的影子、位置、能量和光谱这些关于太阳的基础知识。

其次，太阳对我们的生活太重要了。太阳是离我们最近的恒星，也是地球环绕着的恒星。农作物的生长离不开太阳；气候的变化，在很大程度上，也是因为太阳的运动和变化；煤炭和石油这样的化石能源，也和太阳密不可分。从某种程度上来说，太阳稳定，我们在地球上的生活就稳定。太阳如果出现异常，像是电影《2012》和《流浪地球》里的灾难场景，就离我们不远了。所以，关心太阳，就是关心人类的命运。

最后，太阳在天文学上也有着重要的意义。太阳是理解天文学的重要枢纽，它同时涉及到最微观的原子结构和最宏观的宇宙演化。它是我们身边最特殊的一颗恒星，同时又代表着银河系里的几千亿颗恒星，在学科中有着非常重要的研究价值。

你看，想要更好地了解天文学，从了解太阳开始，非常合适。

那接下来，我们就进入正题。先来说说我们平时看得见的太阳。

太阳是自然界中最容易看得见的东西，但是说到看见太阳，我必须先来帮你区分一下，在你平时看到的太阳的特征中，哪些是太阳本身呈现的状态，又有哪些是你在看的过程中，引入的干扰。

比如说，整体上看，太阳是一个圆盘，发出黄白色的光芒，在天气不好、黎明和黄昏的时候，颜色还会偏红一些。

但是，这些最常见的情况却不是太阳的真正外观。这是怎么回事呢？

首先，你肉眼看见的黄白色的光和偶尔出现的红色，都是被地球的大气层修饰处理过后的样子。太阳光进入大气层的时候，遇到大气层里的空气分子、尘埃和水蒸气，阳光就会发生散射。有一部分光更容易散开，成为天空的背景色，另一部分光更容易长驱直入进入我们的视野。你肯定已经想到了，容易散开的是波长比较短的蓝色光，是它们塑造了蓝天。容易长驱直入的是波长比较长的红色光和黄色光，也就是我们看到的太阳的颜色。

这还不算完。如果空气里的水汽比较多，或者是一早一晚太阳的角度比较低，阳光需要穿越更多的空气成分进入你的眼中。这种情况下，阳光被散射得就更厉害，你看到的太阳就会更红。

如果地球没有空气，或者直接到太空里去看太阳，你会发现，太阳其实是白色的，这才是它的真实颜色。

除了太阳的颜色，我们平时还能看到太阳的一些微小的细节特征。比如太阳中总会有一些小黑斑，这些小黑斑，叫做太阳黑子，它们是天文学研究中，有关太阳的非常重要的细节特征。

在古时候的中国，我们的祖先们早就注意到了太阳不是完美的发光圆盘，而是会经常出现黑色的小点，这些小点有时候简单出现几个，有时候大量成群出现。在最新的考古学研究中，科学家们发现在商代，甚至是更早之前，中国人就已经很重视对太阳的观测了。目前已知的对太阳黑子的系统记录，最早可以追溯到汉代。

汉字中日这个字，自古以来形状变化不大，它的甲骨文和金文的样子，就是一个圆圈，中间一个点。现代天文学就借用了这个形状，创造了表示太阳的科学符号。

在早期的西方世界，由于受到当时文化的影响，坚信天界完美、太阳神完美，所以很长时间都没有意识到太阳黑子的存在。直到伽利略最早用望远镜观测太阳，才发现太阳黑子。在很大程度上，因为这个发现，伽利略打破了传统天文学的束缚，为哥白尼的日心说，以及全新的天文学体系提供了重要的参考依据。

除了太阳黑子，我们还可以用望远镜和特殊的滤镜，看到太阳的另外两种特征现象。分别是耀斑和日珥。

先说耀斑。和黑子相反，耀斑就是太阳表面出现的更明亮的白斑。和黑子一样，耀斑也是偶然出现的，很快就会消失不见。耀斑出现的位置和数量都会有很大的不确定性。

再来看日珥。提醒一下，日珥的珥，是一个王字旁，加上一个耳朵的耳。这个字，在古汉语中，意思是用珠子或玉石做的耳环。日珥，就像是太阳戴上了耳环。太阳平时总会向外喷射出一些物质。这些物质中，对着我们正面而来的部分，在刺眼的阳光中是不容易分辨的。但从太阳边缘向两侧喷出去的东西，更有机会被我们发现。这些从太阳边缘爆发出来的红色针状物质，就是日珥。

黑子，耀斑和日珥，全都是偶发的特殊现象，也是太阳表面真实出现的状态。仅仅观察到这些现象，还不足以让天文学家对它们这么关心。更重要的是，从这些现象出发，我们还可以发现太阳本身的变化和运动规律。

连续几代天文学家，长期观测太阳，把黑子、日珥和耀斑这些现象出现的时间、位置、数量都记录下来。这些记录一直持续了300年，人们终于在19世纪发现了其中的重大规律。

科学家们发现，太阳黑子出现的数量和位置有明确的11年周期。也就是说，两次黑子集中大量出现的时间间隔大约是11年。不光是黑子的数量，黑子出现的位置也有11年的周期规律。在一个周期开始的时候，黑子在太阳表面的中纬度出现，之后新的黑子逐渐在比较低的纬度，也就是太阳的赤道附近出现，在一个周期结束的时候，只有太阳赤道附近能看到黑子。

耀斑和日珥也符合相似的规律。

通过观察这些现象，我们可以发现，太阳本身呈现出一种有节奏的变化，11年是它的变化周期，而黑子、耀斑和日珥是它的表现形式。

以上就是我要分享的第一部分了。太阳本身的颜色，并不是我们通常见到的红色或者黄色，而是白色的。太阳光穿越地球大气层时，发生了光的散射作用，才会让我们觉得看到了红红的太阳。另外，通过观察太阳黑子、耀斑和日珥这些现象，我们不但能更加仔细地掌握太阳的特征，更能从中发现太阳的变化规律。

第二部分

说完了肉眼看得见的太阳，接下来，我们继续深入太阳的内部，讲一讲我们平时看不见的太阳。

在说太阳内部之前，我先来给你说一个有关地震的例子。有不少人都见识过大地震带来的灾难性后果，但是，抛开灾难，从科学的角度看，地震其实能帮助我们更好地理解地球。

比如说，喜马拉雅山脉地区是地球上发生地震最多的地区之一。地质学家奥尔德姆长期在喜马拉雅山工作，收集地震的数据。奥尔德姆最终发现了两项结论，一次地震会产生不同类型的地震波，以及利用这些地震波在地球内部的反弹，可以知道地球内部的分层结构。他甚至精确计算出了地球核心的大小。

从此奥尔德姆开创了利用地震研究地球内部结构的科学方法。地震波遇到更坚硬的底层就会反射和折射。只要在全世界的各个地区，多建观察地震波的仪器，就可以精确测定地球的内部。

天文学家把这项技术用在了太阳身上。

只要能观察到太阳的振动，我们就能反推出太阳的内部结构和每一层的密度。我们当然没办法在太阳表面安装地震仪，那怎么才能在地球上远远地观察到太阳的振动呢？

常去泳池的人都有这样的经验：站在空无一人的游泳池边，可以清晰地看到泳池底部地面的方格子瓷砖。一旦有人在水里运动，制造了一些水的振动，泳池底部的方格子就会扭曲变形。如果有光照下来，池底的地面会出现明暗相间的网格。这也就是说，通过观察游泳池底部的光线变化，就可以推出游泳池中水波的振动。

观察太阳也是如此，天文学家不需要近距离接触太阳，只需要观察太阳表面的亮度变化，同样可以推测太阳振动，从而深入理解太阳内部的结构。

你看，天文学家把地质学的成功经验过迁移过来，学会了透视系统内部。又把水波折射的游泳池原理迁移过来，学会了远距离观察振动。

就这样，天文学家发现太阳这颗恒星的内部，其实是由三个结构层次组成的，从外向里依次是对流层、辐射层，以及日核。

除此之外，科学家们利用太阳振动，还发现了太阳自转的特殊情况。

我们都知道，地球自转是整体一起转，就像一整个大铁球。但是太阳很不一样，太阳的赤道地区和两极地区，转得不一样快。

太阳赤道转得最快，越往两极转得越慢。这样一种拧麻花式的自转模式，带来了一个后果，那就是原本整齐排列的磁场，会因为转速不一样而相互缠绕。磁场缠绕，就会在太阳表面形成一个或者多个结点。这些结点的能量被磁场束缚住不能向外释放，所以温度比周围区域低一些，看起来也要暗一些，这就是我们看到的黑子。有时候能量积累的太多了，磁场束缚不住突然断裂，能量猛然冲出来，产生的就是耀斑和日珥。

理解了太阳的内部结构和自转方式，我们也就理解了黑子、耀斑和日珥这些现象背后的原理。通过科学的手段，来探索星体的深层结构，才能更好地理解肉眼所见的现象，这也是天文学研究问题的基本思路之一。

第三部分

讲完了看得见的太阳外表和看不见的太阳内部，下面，我们来说一个地球人都关心的问题：太阳对于我们人类的生活，都会产生哪些影响？

 让我们先从一个神奇的景象极光说起。我曾经两次前往北极，都看到了绚烂的极光。就在我们一行人冻坏了的时候，绿色的光带突然在天上出现，半个天空很快都被填满，在飘带的尽头还有卷曲和折叠。这种景象的产生，就和太阳有着非常密切的关系。

太阳的运动有一个特点，就是会不断向外释放物质，其中有很多带电的粒子会不停地冲向地球。不过，这些粒子并没有办法突破地球的防线，直接袭击地面的人类。这道防线，就是地球的磁场。物理学原理告诉我们，带电的粒子遇到磁场，会改变运动方向。所以，来自太阳的粒子全都被地球磁场扭转了方向，冲向南北两极。这些粒子在南北极的空气中碰撞，于是就产生了极光的效果。

但是，这种太阳喷发的粒子，对地球的影响，绝对不是仅限于产生极光。其实，地球磁场这道防线的能力是有限的。如果太阳突然喷发更猛烈的粒子，超过了地球磁场的防御能力，这些粒子就会直接作用在我们头顶。

首先被冲击的，就是电子通讯设施。根据记录，二战期间的一次超强太阳风暴袭击了地面上的天线系统，雷达和电路产生的巨大电流，会瞬间穿过通讯设备，一位恰好正在发电报的通讯员直接被烧焦了手。

尤其是在现代社会，通讯、网络、卫星、电子设备，这一切已经成为了不可替代的基础设施。而太阳的这种不稳定性，很有可能导致这些设备瞬间失灵。

比如说，2013年3月15凌晨，卫星捕捉到太阳大气产生了剧烈运动，抛射出大量的物质。两天后，这些被抛出的物质来到了地球，直接引发了地球磁场的剧烈震荡。当时，不光是南北极，就连低纬度地区的夜晚也能看到明显的极光。各地的通信卫星基本失联，高纬度航线的民航飞机也因此停运。

不过，太阳风暴的影响，也还只是短时间的影响，最多持续几个小时就结束了。对于人类生活有更严重影响的，是太阳的长期变化。

太阳是一颗恒星，恒星会不断地自我发展和演化，所以长时间来看，太阳的状态，一定不是一成不变的。

太阳目前所处的阶段叫主序星阶段，意思是主要的恒星序列。太阳在这个阶段，可以稳定燃烧几十亿年。也就是说，太阳此刻正处在生命的中间阶段。

直到45亿年之后，太阳才会结束这个阶段。到了那时，太阳就会突然开始膨胀，大小可以超过今天火星轨道的尺寸。这也就意味着，那时的水星、金星、火星，还有我们的地球，都会被太阳彻底吞没。

那时的太阳又红又大，天文学上，把处于这个阶段的太阳叫做红巨星。相较于今天的太阳，它的体积会增加几百万倍，亮度增加好几个数量级。

听到这，你可能觉得，45亿年太长了，和我们的生活并没有什么关系。其实，此时此刻的太阳，也正在缓慢地变化。太阳一直在变得越来越热，内部的温度越来越高。大约几千万到一亿年之后，太阳带来的温度就足够蒸发掉地球上所有的水。

你看，太阳给我们带来能源和光明的同时，也给我们埋下了危险的种子。太阳的这种不稳定性，太阳的演化和衰老，对地球和地球上的生命来说，都是灭顶之灾。可以说，关心太阳的演化，其实就是在关心人类的命运。

最后，我有必要提醒你，无论什么情况下，观看太阳都要特别小心注意安全。日出日落和阴云密布的时候还可以看一看太阳，但是，在晴朗的中午，可千万别这么做，它会对你的眼睛会造成不可逆转的伤害。这是因为，人的眼睛里面缺少感受温度和疼痛的器官。很多情况下，往往是阳光的灼烧已经开始了，我们却一点都没有感觉到。当眼睛感觉的不舒服的时候，可能为时已晚。所以观察太阳，必须使用专业的遮光眼镜。用望远镜观测太阳，更要在镜头前覆盖一层专用的遮光膜。

总结

以上就是这本《太阳全书》的精华内容了。

总结一下：

太阳是我们生活中最常见的天体，也是我们一刻都离不开的恒星。我们平时所看到的太阳，更多是受到了外在环境和观察条件的影响。把这些影响剥离开来，我们才能看到最太阳最真实的样子。

除了看得见的部分，太阳更多的信息隐藏在它的内部。它的结构，它的自转，它的磁场变化，都是无法直接观测的内部信息。天文学家利用地震学的知识，通过太阳的振动获得了太阳内部信息。太阳内部的变化是太阳表面现象的本质原因。

最后，太阳的不稳定喷发，会对地球环境产生重大影响。越是对电子信息技术依赖严重的现代社会，越需要密切关注太阳的运动和变化。 

借这个机会，我也想和你分享一下太阳目前的最新动态：从2018年开始，最近两年，太阳正处于11年变化周期中的最低谷。太阳在这两年时间里几乎没有出现黑子，耀斑和日珥也很少见。去北极欣赏极光的游客不是因为运气不好看不到极光，而是赶上了太阳的低谷。即使看到了极光，也比前几年暗淡很多。

但是，就在2019年的12月底，太阳开始出现了两团新的黑子。新的太阳活动周期可能正在开启。也许未来几年，将是北欧旅行和极光观赏的高峰期。你会考虑去亲眼看一看吗？

撰稿：高爽
脑图：摩西脑图工作室
转述：徐惟杰