獨特的望遠鏡揭露太陽的祕密

我們休假一天，到（美國）新墨西哥州南部的林肯國家森林旅行，那裡天氣較涼，可以暫時避開沙漠的炎熱。我們在途中看到路牌指示前往新墨西哥州克勞德克羅夫特附近日斑市的薩克拉門托峰天文台的途徑，我們不禁生了好奇心，於是驅車前往日斑市。

我們這小隊人沒有一個曾經爬過9200呎的高峰。我們需要行上一條小徑，直登峰頂去參觀安置在一座奇形怪狀的大廈裡的望遠鏡。抵達峰頂時大家都喘不過氣來。我們預料會看見一座圓頂的建築物，因此在看到那稱為山巔圓頂的建築物時並不感到意外，可是我們發現遊客不許進內。接著我們看見一間形狀古怪的建築物。

它是一座高聳入雲、基部狹窄，矗立在地面的三角形建築物，是容許外人參觀的。（見下頁附圖。）我們不久就來到一間實驗室，裡面有個長長的望遠鏡，用軸承掛著，高高在上地懸在台的頂端。告示牌警告人切勿踏上平台以致擾亂儀器的平衡。

使太陽「停頓」

在一個小型接待室內，有顏色圖表解釋在這裡所研究的是什麼，我們很有興趣地看到這些複雜的建築物是專門用來研究太陽的。我們詢問一位在那裡工作的科學家，他們是否要研究怎樣從太陽獲得能量。他解釋他們並非作此類研究，而是從事一項基本研究計劃，蒐集有關太陽和它對地球大氣層以及對太陽系的空間有什麼影響的資料。同時，科學家也藉著不斷觀察太陽表面來研究它的內部。

嚮導向我們解釋，在那裡設立天文台是因為高山的空氣乾燥和沒有污染，因此是良好的研究地點。天文台在1951年成立；這是在美國其中一座最早專用來研究太陽的天文台之一。據附近的圖表透露，這個巨大的高台突出地面136呎，但望遠鏡的另一端卻深入地下193呎。因此，望遠鏡的全長共329呎，長度等於一個足球場！望遠鏡的管裡幾乎完全真空，因此陽光進入時不會被加熱了的空氣所扭曲。這足以形成異常澄清的反映形像，使研究家能夠見到太陽表面一些傑出的景象。

整個望遠鏡（重量超過250噸）懸在一個憑水銀浮動的軸承之上，藉此望遠鏡可以自由轉動去彌補地球的轉動。是故，望遠鏡可以長期指向太陽，因此太陽在與望遠鏡的關係上實際可說是「停頓」的。這種設計的目的是要觀察和拍攝太陽表面光球層和太陽較低處的大氣層——色球層——十分微小的特徵。

穀倉圓頂大廈

我們回到車上時經過一座異乎尋常的建築物，看來好像一個圓形的農場筒倉。事實果然！它稱為穀倉圓頂大廈，是在天文台的早期從西雅羅伯克公司買來的，改裝之後用來容納日斑市的第一台望遠鏡。當時太空飛行正在計劃之中，需要蒐集關於太陽怎樣影響地球大氣層的資料，尤其是與太陽的異常活動所造成的干擾有關的資料。

後來在1957年，一個非營利的機構AURA（大學天文學研究協會）由美國亞利桑那州圖森市的基特峰國立天文台、智利拉塞雷納市的托洛洛山美洲洲際天文台和美國馬里蘭州巴爾的摩市的太空望遠鏡科學研究所共同贊助之下成立。AURA認為藉著科學家和知識的交流，大家可以對太陽獲得更深的了解。我們開始看出這個孤處山巔的天文台其實與世界各地均有聯繫。

顫動的太陽

研究主持人德爾尼(Bernard Durney)博士仁慈地自告奮勇回答若干有關太陽的問題。他解釋他本人正在致力研究太陽地震學。我們需要他解釋才明白這個名詞的意思。看來這門科學在薩克拉門托峰才首次受人研究。他解釋說：「太陽不但在本身的軸心上旋轉，而且以其他許多方式移動。藉著不斷觀察太陽的表面，目擊它所發生的變化，我們可以研究這種移動。我們可以從這些變化猜想太陽內部可能發生什麼變化，然後計劃各項研究去看看我們的主張獲得證實抑或受到否定。」

德爾尼博士繼續說：「大約在1970年，研究者預測太陽會發生顫抖（搖動），情形正如敲響大鐘時所發生的震動一般。這也可以比作石子投入池塘時整個池塘表面受到影響的情況，因為震波從投下的地方向外散開。不同之處只是，太陽裡的震波經過整個太陽向四面八方擴散。」

看來這些顫動起源於不同的層面，有些來自太陽表層之下，有些來自太陽裡面較深之處。藉著這些研究，科學家獲知太陽大約每小時稍為膨脹，然後再度收縮，好像呼吸一般。1975年，一位研究者初次見到太陽的顫動。1976年，俄國科學家也報告太陽表面的起伏。a但直至1979-80年，這種震動才獲得證實，部分由薩克拉門托峰天文台所作的研究加以證明。

德爾尼博士繼續說：「太陽有許多不尋常的移動。既然太陽是氣體構成的，太陽表面的某些部分可以旋轉得快過其他部分。……藉著像我們在日斑天文台一樣恆常觀察太陽，我們能夠確知太陽內部怎樣旋轉。……既然太陽在本身的赤道部分旋轉得較快，表面就有許多混和的情形發生，因而造成種種奇怪的現象。這種不尋常的移動在太陽內部深處形成磁場，然後這些磁場浮升到太陽表面。日斑（太陽黑子）便是這些磁場的表現之一。」

晝夜觀察太陽！

德爾尼博士解釋說：「我們的確需要繼續不斷觀察太陽以求看見太陽表面的所有活動和改變。既然地球每天自轉一次，因此無法在地面上一處地方作這種觀察。這意味到我們需要在環球各地設立太陽觀察站。」

這件事目前尚做不到，但德爾尼博士告訴我們，在1980-81年，幾位科學家曾從薩克拉門托峰到南極觀察三次，每次為期三個月。既然太陽在南極要三個月才落下，因此可以晝夜不斷用望遠鏡加以觀察。獲知蒐集這種資料牽涉到地上的多個地方令我們頗感興趣。科學家們希望有一天能夠把太陽的震動分門別類，加以解釋，以期了解太陽內部有什麼事發生。研究家現時寄望於組成一個全球的觀察網去這樣行。

太陽的耀斑與日冕

我們接著向德爾尼博士提出的問題是，「在薩克拉門托峰還有其他什麼研究進行？」他告訴我們關於太陽的耀斑，說：「這些巨大的耀斑從太陽表面爆出，伸入數百萬哩的太空，所發出的粒子抵達地球時使無線電通訊大受干擾。有粒子不斷從太陽流出，稱為太陽風。它使太陽表面的旋轉放緩，這又進一步對太陽深處的旋轉產生作用。結果是，隨著太陽老化，旋轉也逐漸緩慢。太陽內部對表面旋轉放緩一事有什麼反應乃是我們這裡所要研究的事物之一。」

在天文台每日進行的另一項研究包括每天為日冕拍照。照片揭露太陽四周的熱力怎樣天天改變。製成的圖表顯示從太陽發出的高溫伸展到多遠。圖表每天更換，從而為太空飛行者提供有用的資料。

太陽所擔任的重大角色

來自太陽的能源是地上維持生命所必需的。它影響到我們、我們的視力和地上的動植物。1979年發表的一項研究表明，有證據顯示美國西部22年周期的乾旱看來與為期大約22年的日斑周期結束有若干關係。這是令人有興趣研究太陽的活動和這件事對天氣的可能影響的理由之一。

在1950年代，薩克拉門托峰天文台是最先有分決定太陽常數的天文台之一。太陽常數乃是穿越太陽與地球的距離抵達空間裡一件物體的力量單位總和。可能更重要的是太陽常數會有多少變化。

日斑是令人更感興趣的太陽特色之一，它對地球上的人頗有影響。首次觀察到日斑的是伽利略。後來科學家確定日斑的周期延續11年，一個完整的日斑周期則包括兩個11年的日斑活動時期。正如德爾尼解釋：「日斑就是磁場。日斑之所以昏黑是因為它們阻塞了能的流通。太陽耀斑則被認為是由太陽表面這些磁場湮滅所促成，太陽表面於是放出巨量的能，它對我們的影響是干擾無線電波，而且使我們大氣層的若干部分充電。這種能也造成所謂北極光和南極光（或稱極光），自古至今均被人視為奇觀。」

研究太陽可能有助於預告日斑活動時可能在大氣層裡發生的地磁暴。地磁暴會影響到世界通訊以及倚靠優良無線電通訊的種種活動，例如空中旅行。由於衛星傳播所費不貲，因此大多數通訊仍然由地上的無線電發送機執行。日斑放出的能量干擾地球附近離子化微粒的電子殼層，從而影響到歸回地球的無線電波。電子殼層若是失效，無線電信息也就消失了。

關於陽光，還有更多事尚待知曉。產生糧食的植物要倚靠陽光去製造食物裡的糖和其他化學物質。陽光產生的光化學反應使我們能夠拍攝黑色或彩色照片。因此，在許多人看來，盡量研究這顆距離我們最近的星體乃是明智之舉。

從這次短暫探訪日斑市以及和專家們交談所得，我們意識到人對太陽的知識仍頗有限。我們大多數人都在寒冷的冬日喜歡太陽，在夏日則希望太陽不那麼熱；通常我們對太陽的興趣僅是到此為止。我們很高興這次能夠在科技方面對太陽略有所窺。我們大家不得不承認，人類在了解太陽這顆造益我們的星球的許多奇事方面，真的只是開始而已。——外稿。

［腳注］

［第22頁的附欄］

太陽溫度是什麼意思？

魯布盧斯基(John Rublowsky)在《太陽的生與死》一書第59和60頁解釋說：「我們對太陽溫度的意思應該稍加了解。太陽有兩種不同的溫度。一種稱為『動力溫度』；另一種稱為『輻射溫度』。動力溫度以粒子的平均分子移動來衡量。移動越快，溫度就越高。我們若談及太陽大氣的溫度時，所指的便是動力溫度。我們的意思是，我們若從光球層向上移，太陽大氣裡粒子移動的平均速度亦遞增。粒子的溫度即使高達幾百萬度，它們也不會把你的皮膚灼至起泡。

另一方面，輻射溫度所量度的乃是物質所放出的輻射的質和量。我們若談及太陽內部深處的溫度，所指的便是輻射溫度。火焰的溫度也是一種輻射溫度。

可是，我們談及太陽的大氣時並不能使用輻射溫度這種觀念。如果日冕的溫度是放射溫度的［攝氏］100萬度，太陽大氣就會光亮到使我們看不見光球層。事實上，情形若真的是這樣，太陽大氣就會放出太多輻射，以致離太陽最遠的行星——冥王星——也會被過強的熱力所氣化。幸好太陽大氣的溫度是動力溫度而非輻射溫度。

這並非意味到太陽大氣沒有放出輻射溫度。太陽不但放出大量輻射，而且發出一種十分奇特的輻射。日冕的最高部分放出X射線和若干可見的光線，較低部分則放出紫外光。這種輻射對地球非常重要，因為它產生地球大氣的不同層面。」

［第24頁的附欄或圖解］

太陽——地球之星

太陽是個維持生命的巨大洪爐——供應給地球光和熱。這個以氫氣為主的圓球巨大到可以容納一百萬個地球！不過，以星體而言，它並不算是最大的。科學家逐漸看出，太陽這個巨大能源十分奇妙。例如，「它的大部分光線均從一個地帶發出，這個地帶在光球層之內，厚度大約只有100公里（60哩）。」可是，太陽的半徑據估計達43萬2651哩。——《太陽》，尼科爾森(Iain Nicolson)著。

太陽的設計

核心——太陽中央的核子「燃燒」地帶，溫度以此帶為最高。

放射帶——從核心放出的能量藉著輻射通過此帶而轉變成伽馬射線和X射線。

對流帶——一個較涼的地帶，從放射帶傳來的能量藉著對流而移動。

光球層——差不多所有陽光都從這個看來是太陽表面的部分射出。它至若干程度是透明的，「可以被透視到幾百公里的深處」。（太陽）溫度約華氏1萬度。

色球層——只有在日全蝕時才可以見到。這層幾千哩厚的氣體較為稀薄，但比光球層熱得多，溫度約達華氏1萬8000度。

日冕——只在日全蝕時見得到，它出現時像羽狀的流光，伸展到極遠，溫度極高。

［圖解］（排版後的式樣，見出版物）

色球層

光球層

對流帶

放射帶

核心

［鳴謝］

From a sketch by National Optical Astronomy Observatories

［第23頁的圖解或圖片］

（排版後的式樣，見出版物）

鏡子（高出地面136呎）

地平面

真空管轉動（250噸）

地底193呎

221呎

［鳴謝］

From a sketch by National Optical Astronomy Observatories

［第25頁的圖片］

日珥

［鳴謝］

Holiday Films

［第25頁的圖片］

日斑

［鳴謝］

National Optical Astronomy Observatories