太陽和它的黑子

「你是我的陽光，我唯一的陽光……」

在30年代末葉出現一首美國鄉村音樂名歌〈你是我的陽光〉，十分動人，風靡一時，且歷久不衰。歌曰：「你是我的陽光，我唯一的陽光……」，這歌詞是少有全然合乎科學的名句。天上雖有億萬顆星星，我們卻只有一個太陽，幾乎所有的文明都愛上了這個太陽，正如歌詞所說：「你永遠不會知道我多麼地愛你……」，它的確永遠不會知道，然而我們對它的愛也不因此而消滅。

我們將談到太陽系中的八大行星，並提到其中的小行星、矮行星、流星體、彗星、以及古泊帶（Kuiper Belt Objects）、歐特雲（Oort Cloud Objects）等物體，雖是名堂眾多，其實把這一切的質量都加在一起，總合還不到太陽質量的1/500。所以，太陽系的運作主要是在太陽的支配之下，都定期地繞著太陽旋轉。太陽是太陽系中唯一的恆星，也是最圓的星球、最明亮的星體，它的「視星等」為 -26.8等，它起碼比天上最亮的星起碼更亮上一億倍，所以在世上各種文明的傳說及神話中，都占有崇高的地位。

按照中國人的傳說，我們的太陽是由一位叫帝俊的人與他的妻子羲和所生的，帝俊是東方殷民族所事奉的神明，與西方周民的黃帝相當。這羲和一口氣生了十個太陽，每天羲和給她的太陽兒子們在咸池洗過澡，太陽就從扶桑大樹頂升起，這時在扶桑樹顛上的玉雞開始報曉，於是桃都山的金雞叫了起來，各名山上的石雞也跟著叫起來，引起了天下各處的公雞都叫起來了，於是羲和乃駕六龍之車，載著一個太陽馳上天空，然後從禺淵到蒙谷下山（在帝俊之前，人間有沒有太陽，古書沒有詳細交代），後來不知何故，十個太陽一同上山，把人世間曬得焦頭爛額，真是「焦禾稼，殺草木，而民無所食」。好在及時出現一位名叫后羿的大力士，拿起他的紅弓白箭，一口氣射下了其中九個太陽，只剩下今天唯一的太陽。后羿射日有功，封為天將；嫦娥就是這后羿的妻子，後來嫦娥卻偷吃了長生不老的靈藥，逃到月亮上去住了。那月亮又與太陽是同父異母的兄妹（因為古書說有十二個月亮，每個月的月亮其實都不同，也許因此后羿就找不到她了）。

這類的神話故事在每個文明中都有，埃及人的太陽神是坐船遊天，印歐文化中的太陽神是乘車的（Chariot），中美洲印地安人的太陽神有許多個，一時不容易弄清楚，只是這些都遠不及我們的神話這樣動人。無論如何，神話是誘人的、美麗的故事，神話與事實是很容易分別的。

中國人對太陽的觀察起源很早，最早的日蝕記載在《尚書》。太陽表面的黑子也是中國人最早發現的。有人說中文「日」的古字乃是一個圓圈中央有一點，這一點就是代表黑子；不過筆者不是文字專家，不敢多說。至於古人如何能觀察到太陽有黑子，倒還是一件費解的事；那時可能沒有玻璃之類的東西，西方對太陽黑子的觀察，也是在有了望遠鏡之後，實在想不出我們的老祖宗是用什麼聰明的方法來觀測太陽的。比方說《漢書•五行志》中記載在西漢河平元年（即西元前28年）農曆三月，發現太陽裡有黑子：「三月乙未，日出黃，有黑氣大如錢，居日中央。」乃是指太陽出了些問題，在它的當中有了「黑氣」，就是黑子。若是這記載不夠清楚，《宋史•天文志》講到「二月已卯，日中有黑子，如李大，三日乃伏。」就非常清楚了。這事是在伽利略發現黑子之前五百年。

其實太陽的黑子並不是黑的，而是因為黑子的溫度約攝氏4,000度，比其四周太陽表面溫度低了差不多1,500度，所以就沒有那麼亮而相對顯得黑了。黑子的壽命從幾個鐘頭到幾十天不等，其數目與大小都不一定，一般黑子大小約與地球的直徑相當，它產生的過程有點複雜，與太陽赤道轉速高於兩極的轉速，以致造成表面的強烈磁力線打結有關，就不在此多說了。每當黑子數目多的時候，太陽就會產生磁暴現象，對地上的氣候及電訊影響可以很大，這類現象平均週期約十一年。

太陽核心的溫度很高，超過攝氏二千萬度，其主要成分是氫，在高溫高壓之下，氫原子核（質子）的猛然撞擊產生了核子融合反應，而產生大量的能量，藉光子和微中子放射出來。雖然太陽是太陽系中最大的物體，其實它在銀河系中只是一顆很平常的星。它的直徑有一百四十萬公里，是地球的一百零九倍（所以其體積比地球大一百多萬倍），光從太陽的中心應當只要二秒鐘就可以到太陽的表面。然而事實並不然，因為太陽內部光的散射率（scattering）極高，一個光子從太陽的內部輾轉漫遊到太陽的表面，起碼得花上幾萬年（更可能需要一百萬年）的時間，所以我們所看到的太陽光，也可以說是早在一百萬年前在太陽裡所產生的。這些光子一旦到了太陽表面，只需用八分十九秒就可以到達地球了。

人類一切所需的能量（包括我們的食物），都是源於太陽。從太陽照到地球上的日光能，每平方公尺、每秒鐘可達一千四百瓦，專家們估計地球所吸收的日光能，每平方公尺、每秒鐘平均二百四十瓦。若是大氣中沒有任何「溫室氣體」，地球的平均溫度約在 -19°C，這已是全太陽系中最宜人的溫度了。由於地球溫室氣體的成分恰到好處，以致地球的平均溫度約是14∼15 °C，而且相當穩定，專家們估計過去二千年地球平均溫度的變化在1°C之內，若非太陽是如此穩定，恐怕人類也難以生存。

我們的太陽是一顆「主序星」（main sequence star），太陽從一個幾十光年大小的分子星雲中形成星體的時間很短，大約需二千萬年左右，而形成了一個發光的太陽之後，可以穩定地放光一百億年，這就是太陽的壽命了。從太陽系中隕石的年齡看來，目前我們的太陽約已「活」了五十億年，進入了中年，我們若以太陽的自然時間單位來計算，就是以太陽繞銀河系中心一圈的時間為一「銀河年」，那麼太陽的年齡約相當於二十個「銀河年」，不算老，不過專家估計我們的銀河系可能會在三十億年內，就是十二「銀河年」，與鄰近的安朵美達銀河系（Andromeda Galaxy）碰撞，若是如此，太陽系也難享其「天年」了。

我們從地球上所測量到的太陽能，知道太陽產生極大的能量：太陽每一秒鐘所產生的能量，足可供給目前人類消耗一百萬年。十九世紀末葉，科學家還不知道有核子融合反應，人對太陽能夠產生這麼大的能量感到很困惑；同時從化石的年齡，我們已知道：地球上有生命存在的年日以億年計，但是太陽怎麼能如此歷久不衰地發光呢？太陽的年齡到底有多久呢？

當代最偉大的英國物理學家湯姆生（Sir William Thom- son），從放光率估計太陽的壽命大約只有一億年，比目前的估計短了一百倍。其實湯姆生的計算也不是太難，我們從地球繞太陽的週期及地球與太陽的距離，就可以準確地估計太陽的質量。我們可以從地球上所接受到的日光能，知道太陽每秒鐘所發射的能量。湯姆生很容易就算得出：若太陽是煤炭做的，那在三千年之內，整個太陽就會燒盡了，從太陽的比熱（可能的假想值）及其可能達到的溫度，我們可以估計太陽冷卻下來的時間要多久（可能幾百萬年），所以湯姆生的宇宙觀並不是很樂觀的。直到愛因斯坦發現 E = mc 質能轉換的定理之後，我們才知道：只要一點點質量就能產生巨大的能量，所以才能正確地了解太陽的壽命何以如此長。太陽每秒鐘消耗的質量約五百萬頓，所以每年所消耗的質量，不到太陽質量的百萬億分之一，所以我們不用擔心太陽很快就耗盡了。

從上文看來，似乎我們對太陽已瞭若指掌，其實不然。比方：日全蝕的時候，我們很容易看到日冕，這些從被遮蔽的太陽表面放射出的光輝，可以長達太陽半徑的兩倍半。太陽表面的溫度不到6,000°C，但是在太陽表面幾百公里以外的空間，其溫度居然可以達到近一千萬度。在這高溫層中的物質全都離解成了帶電的粒子，以極高的速度向外飛出，這就是太陽風。好在地球有夠大的磁場保護，不然這些帶電的高速粒子，不但傷害生命，也可能把地球上的大氣層颳走了。

至於日冕層的溫度何以這樣高，比太陽表面的溫度高幾百萬度，仍是件費解的事。我們相信主要是出於太陽電磁場在電漿體中的效應，不過目前這還不是十分清楚。

太陽風既是從太陽往外吹的，所以當彗星靠近太陽時，從彗核中蒸發出來的物質就被太陽風吹走，形成了彗尾，總是指向背離太陽的方向。目前也有些科學家想設計一種有帆的太空船，希望利用太陽風及光壓現象飛出太陽系，這真是名副其實的「太空船」了。不過，太空中既然有「風」，那就不是那麼的「空」了，所以也可以說「太空」不太「空」。若問：在一個什麼都沒有的空間中，是不是真的什麼都沒有了呢？這問題確實還不容易回答哩！科學家相信，真空中仍充滿了量子漂移（quantum fluctuation）。

生命不能離開太陽，太陽是造物主所賜的禮物，上帝詰問約伯：「你自生以來，曾命定晨光，使清晨的日光知道本位，叫這光普照地的四極，將惡人從其中驅逐出來嗎？」是的，都是「因我們上帝憐憫的心腸，叫清晨的日光從高天臨到我們，要照亮坐在黑暗中、死蔭裡的人，把我們的腳引到平安的路上」，日光代表上帝的真理和恩典。

摘自《天河拾貝》

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