玛莎 · 皮尔斯指着她面前大地图上的一个风暴点，警告说：“这个地区要引起注意。”看上去她好像是电视台的女气象报告员，其实她是美国国家海洋气象局（NOAA）的太阳预测员。她所指的地方既不是高压区又不是冷锋，而是太阳上的风暴中心。在1980年差不多每天都有许多天文工作者挤在NASA戈达德航天中心狭窄的会议室里进行太阳活动情况的每日预报。

为了知道太阳上沸腾的物质下一次在何处爆发，科学家们命令由宇宙飞行器Solar Max运载的一套仪器瞄准这个方向记录太阳上的爆发。这架飞行器的主要目的是观察太阳上的强烈事件——耀斑，日珥爆发和日冕的瞬变现象——一年多来太阳一直处在这样的活动状态中，因为1980年是太阳黑子活动十一年循环周期的高峰时期。

这架飞行器的全称叫太阳活动高峰期观测卫星（Solar Maximum Mission Satellite）。它绕着离地球表面574公里的轨道运行。迄今为止，这颗卫星是最先进的一颗太阳观测卫星。从去年2月到12月11日，在它内部一系列保险丝烧断使瞄准系统失效之前，它已经获得了空前未有的资料。天文学家可以根据这些资料推测太阳上发生的强烈爆发的过程。

太阳与地球的联系

与我们毗邻的这个星球有许多谜，目前的理论认为，这些谜一样的东西是不断变化的，它的周长甚至在缩小。很久以前、人们就知道太阳显示出一种十一年的循环周期，但是产生这个周期的机理却一直是个谜。同样、人们也很少知道提供给太阳能源的物质的聚变过程以及太阳外部的大气是怎样被加热到一百万度以上的高温的。

这些问题与我们地球上的人有明显的切身利益。太阳上的产物决定了地球上的气候，甚至能造成特殊的气候类型。在太阳的强烈爆发期间，一些释放出来的散落物质落到地球上就造成极光、无线电干扰和断电现象。然而，如果我们知道了太阳是怎样约束等离子体的话，我们就能很快开发利用地球上的聚变能。

揭开这些谜的关键，在于了解太阳的磁场特性。在循环周期开始的阶段，太阳具有由带电粒子流产生的弱磁场。但是由于粒子流是气态的，所以这些粒子流在太阳表面的不同地区以及太阳内部旋转的速度是不一样的。结果，磁力线在太阳表面以下绕太阳扭结形成螺旋线形。有时这些线穿出太阳表面形成太阳黑子。随着循环的不断进行，螺旋线越紧，太阳黑子离赤道就越近。

如果太阳表面上的一条磁力线从一个黑子弯到另一个黑子，热等离子体就能被捕捉到其内部。像这样的结构称为磁环。当一个磁环被流动气体扭转并且有沸腾的对流运动从底下摇动它时，这个回路就储存了巨大的能量。如果储存的能量达到了一定的程度，就发生了耀斑——等离子体物理学家杰姆 · 奥桑称这种现象为“太阳上的短路”。在大的太阳耀斑中，大量的能量在几分钟之内释放出来，其中绝大部分是在头30秒钟释放出来的。按照现在的能量消耗率，这些能量可供全美国使用120,000年。

Solar Max工程的科学家肯尼思 · 弗罗斯特把主要问题归结为，要研究“如此巨大的能量是如何积聚储存使它能在这么短的时间内释放出来的”。

为了找到问题的解答，科学家们需要知道在耀斑即将发生时磁圈中所出现的现象。但是以前由太空实验室（现在已经坠落）所提供的最好的资料，却仅仅包括爆发衰落阶段。天体物理学家布鲁斯 · 伍德盖特说：“一个宇航员往往是看到耀斑发生以后才用仪器瞄准它。”

相比之下，Solar Max的七个仪器接连不断地观察着活动区域，并根据地面上基于太阳预报而发出的指令立刻改编程序。有时指令并不是由地面上发出的，而是由运载工具上的微信息处理机发出的。这些微信息处理机是用来判别耀斑是否发生的。

这些仪器覆盖了很宽的电磁波谱——可见光，紫外辐射，低能和高能X射线，超高能γ射线。每个仪器通过不同的有色玻璃观察各种事件从而得到完整的图像。

紫外线分光仪用来监视磁回路中的等离子体的流动，它通过测量某些特征原子的谱线移动得到速度类型图。耀斑的先兆，往往是由一个软X射线（低能X射线）仪观测到的，它能观察到由于等离子体加热引起的特有的亮度增加。硬X射线（高能X射线）图像仪寻找类似的线索，它每次监测800亿平方公里的范围，每隔1/3秒形成新的图像。这两种装置都能启动其他仪器，指示它们：耀斑已经发生以及在何处发生。

耀斑巨大能量中的绝大部分，是在硬X射线一个突然脉冲的瞬时释放出来的。这个尖锋脉冲信号由脉冲分光仪记录下来，它测量出每100毫秒的强度变化。最后，一种名叫日冕偏振仪的仪器，监测从耀斑中喷射出的物质穿过日冕（太阳外部稀薄的大气）时的情况。日冕仪要用一个小圆盘挡住太阳表面耀眼的光芒才能看见日冕。

在十个月的全部程序中，这架仪器记录了2,000多个耀斑的资料。一次较早的非常壮观的爆炸有助于解释耀斑的机理。这次爆炸发生在1980年3月29日，它产生了所记录下来的最大的尖峰脉冲信号9脉冲分光仪用图像描述了这次脉冲的详细的时间历程。它显示的不是单一的尖峰信号，而是步进式地达到高峰的信号。这个结果使实验人员十分惊讶，因为这说明耀斑不是瞬间发生的，而是一系列事件的结果。

不同的理论

对以上这一现象有几种不同的解释。一种理论认为，当一个扭转的磁环突然破裂，它的磁力线以一种较简单的构型重新结合，这时就发生了耀斑。这样的重新连接会使带电粒子加速，激发太阳大气的原子放出硬X射线。太阳物理学家斯特林 · 考尔盖特认为，当一个磁环的某一部分被扭结并且突然破裂成“一串香肠”的样子，产生一连串“重接”事件，就爆发了耀斑。

另一种理论认为，耀斑是由两个不同的磁环相互接近以至相互接触所产生的。譬如，一个新的磁环可以从太阳表面以下浮现出来，朝着一个已经完全处在扭结和摇动之中的老的磁环升起。一个分裂的磁环影响毗邻的磁环，它又影响另一个磁环，像火灾一样蔓延开来，也许这就是3月29日耀斑爆发的原因。每一个磁环爆发时，脉冲分光仪都要记录一个附加的尖峰信号。

从另外一些耀斑所得到的资料说明两种机理都有可能导致耀斑的发生。4月30日，紫外分光仪绘出了一系列充满一个磁环的热气体的图像——磁环顶端在太阳黑子上空11,000公里处，并形成回路。突然，等离子体变亮，脉冲信号仪记录了这一尖峰信号。

把这些图像和更早的一些图像联系起来，天文学家发现有另外一个磁圈压在第一个磁圈上面，当下面的磁环顶上来似乎要把上面的磁圈折断时，这个磁圈明显地变亮。耀斑发生之后，尽管下面的磁环消失了，上面的磁环仍然可见。很显然，耀斑是一个磁环撞击另外一个磁环而发生的。然而也有可能是下面的磁环自己爆发的。

软X射线测量的结果有力地支持了“重接”理论。这些测量结果表明在尖锋脉冲期间表示等离子体内离子数量和类型的光谱线明显地变宽。来自伦敦大学学院的一位天文学家克里斯 · 莱布雷说：谱线变宽的时间选择显示了脉冲与频谱线变宽过程的物理联系。

谱线变宽既可以由等离子体的迅速加热产生，又可以由高度湍流运动产生。（高温使原子运动加快，造成无规则的红移和蓝移，加宽了它们的频谱线。通过全部气泡物质的运动，湍流运动也产生类似的移动）在以上两种情况下观察到的等离子体的行为与“重接”现象是一致的。

所产生的谱线之一与任何正常的等离子体发射不相符合，但是它却显示了一束高速电子和发射这个谱线的原子碰撞所产生的离子化作用。这条短命的谱线和一个尖峰信号同时出现更加证实了那种认为“重接”现象可以加速粒子运动的理论。

日冕爆炸

由于耀斑机理一直难以确定，天文学家在解释另外一个叫做日冕瞬变现象的扰动现象时就遇到了更多的麻烦。4月7日，Solar Max的可见光日冕仪记录了一次瞬变现象，当它向外移动进入日冕时，类似于一个巨大的磁环。把观察到的这一现象和在澳大利亚用射电天文望远镜观察到的一个现象联系起来，说明由高速电子产生的无线电波，是从在可见磁环后面向外运动的物质发射出来的。一位来自哥伦比亚鲍尔德高空观测天文台的日冕专家比尔 · 瓦格纳尔把这些现象和另外一些观察到的现象的能量合计了一下，得出了惊人的结论：瞬变现象的全部能量远大于耀斑所产生的能量。

这种现象说明，令人生畏的太阳耀斑只不过是更大的爆炸的触发器，这些爆炸释放出的能量比日冕所贮存的能量要多得多。耀斑的发生就好比是用较小的爆炸导致氢弹的爆炸。

太阳耀斑和日冕瞬变现象问题的某些解答，也许就隐藏在由Solar Max收集的大量资料中。但是对于更进一步的问题，也许要等到十一年之后太阳再一次展现出它壮观的景色时才能找到解答。

（Popular Science，1981年7月）

——选自“科普译文竞赛”

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* 马伦博士是美国马里兰州格林贝特美国国家航空和宇宙航行局（NASA）戈达德航天中心天文和太阳物理实验室的高级科技人员。