天文学家一贯认为太阳是热和光的恒源,他们甚至把到达地面(平均距离)的太阳辐射量称为“日光常数”。但是,最近的研究结果表明:这个常数每过几星期、几年就要有百分之零点几的变化。
由于太阳的辐射受到大气层的削减,所以从六十年代末开始,一些研究小组便开始利用高空飞行器测量“日光常数”。从气球,X - 15型火箭飞机、飞往火星的水手6号、7号空间飞行器上得到的数据平均值来看,这个“日光常数”为每平方米每烛光1364瓦特。这个数据使科学家们感到满意,因此一直保持到1975年。
后来,人们知道,即使太阳辐射发生一点点微小的变化,地球的气候也要受到明显的影响。因此,从那时起,天文学家就开始监测这些微小的变化(小于百分之一的变化)。他们或是使用卫星的辐射仪直接测量,或是在地面上分析太阳的特殊谱线间接得到其结果。
云雨6号、7号气象卫星首次使用改进后的辐射探测仪(射线探测仪),最大太阳使者号卫星拥有世界上最先进的射线探测仪。这颗卫星主要用于研究黑子活动期的情况,它是在1980年黑子最大活动期前发射的。这些卫星及最近的气球、火箭飞行器发现:太阳的辐射量在七十年代的头六年增加了百分之零点二。
但是,从1975年起,太阳的辐射量逐年下降。最大太阳使者号卫星探测到的下降速率为每年百分之零点零六,云雨号上的射线探测仪虽然精度不高,但工作时间长,它探测到的下降速率为百分之零点零二。
空间飞行器探测的结果也证实了地面探测的可靠性。根据斯蒂芬定律,太阳的发光度和其温度四次方成正比。所以由特殊谱线的变化可以知道温度的变化,由温度的变化又可以知道太阳辐射量的变化。
从1975年开始,威廉姆 · 利卫斯顿在美国亚利桑那州的克特山顶上用世界上最大的太阳望远镜研究特殊谱线的温度灵敏度。他发现1975年到1981年初太阳的平均温度从5800 K降到5795 K,也就是说,太阳的亮度在以每年百分之零点零五的速率减弱,这和卫星观察的结果几乎完全一致。
比较地面和卫星探测的结果,可以看到,在测量“日光常数”时,我们可以用地面的太阳望远镜代替复杂而又昂贵的轨道射线探测仪。利卫斯顿最近又发现一些新现象,即太阳的温度(因而也是亮度)在1981年夏季达到最小值,以后又逐年上升。
太阳温度的这种变化仅仅是结果,那么什么是原因呢?显然是黑子。太阳发生磁暴时,磁场阻止热量从太阳内部向表面运动,使某些地方温度下降到400 K,这些地方看起来发暗,因此形成黑子。黑子数量的变化周期为11年。当太阳表面出现许多黑子时,太阳就会微微发暗,射线探测仪确实探测到这种现象。当太阳朝地球那面有大量黑子或黑斑时,太阳的发光度就会下降百分之零点一或百分之零点二。
但是,太阳长期的变化并不直接起源于黑子。最近一次黑子数量高峰发生在1979年(称为阳光最强期)。可是,据卫利斯顿报道,仅仅二年后,即1981年太阳的发光度就达到最小值。利卫斯顿认为产生这种现象的主要原因是太阳的总磁场。这个观点是继哥伦比亚大学的E · A斯比格尔和哈佛山——斯密生纳大气物理中心1980年提出的理论之后提出的。根据他们的理论,在太阳最高活动期后,被压缩的磁场扩张开来,覆盖了整个太阳。正如黑子中的磁场使局部地区的辐射受到限制,扩张的磁场限制了太阳的总辐射。这种效果虽然在每个区域中很小,但累积起来,就足以在阳光极大后一、二年内使太阳的辐射减弱百分之零点几。这就是我们所观察到的现象。
观察太阳发光度的变化,不仅是出于好奇,更重要的是因为太阳微小的变化会对地球产生显著的影响。太阳辐射变化百分之零点二就足以使地球温度变化零点二度,这对地球的气候、天气图都有十分严重的影响。因此,不仅天文学家,而且气象学家、气候学家都热心于研究太阳温度的新情况。
[New scientist,1983年1月]