13次神秘的太阳探索之旅(《自然》杂志年度力荐 “探日时代”的科普奠基之作 ） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

　　每天早晨，一个巨大的核反应堆从地平线升起，让我们沐浴在维持地球生命所需的光和热中。这是一个熟悉的景象，然而我们对太阳却不甚了解--太阳初是怎样形成的？太阳黑子周期预测哪个更准确？太阳在走向死亡吗？随着我们进入这个前所未有的太阳物理学时代，本书带领你回顾人类探索太阳的历程，见证知识增长的物理学壮举。

这是一颗恒星的故事，在很大程度上也是一个关于我们人类的故事，一个我们发扬智慧并且无法克制渴望进一步扩展知识领域的故事。

1　 从迷信到科学 / 001

2　 拆解彩虹 / 020

3　 诞生中的恒星 / 046

4　 核动力源 / 070

5　 日光的史诗之旅 / 095

6　 太阳黑子与太阳周期 / 119

7　 恒星爆炸 / 145

8　 日冕之谜 / 170

9　 太阳风 / 194

10　 在有太阳存在的情况下生活 / 219

11　 走向星际空间的门户 / 245

12　 遨游银河系 / 271

13　 星光熄灭 / 294

结论 / 315

致谢 / 319

专业术语 / 321

　　科林·斯图尔特（Colin Stuart）

　　英国皇家天文学会会员、著名天文科普作家，曾荣获欧洲天文学新闻奖二等奖。他致力于天体物理学普及，长期为《卫报》《华尔街日报》《新科学家》，以及欧洲航天局等多家知名媒体和机构撰写科普文章。科林·斯图尔特已出版《13 次时空穿梭之旅》等19本著作，他的作品被翻译成21种语言。

　　为了表彰科林·斯图尔特对普及天文学的贡献，小行星15347以他的名字命名。

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　　从迷信到科学

　　太阳--尽管有那么多颗行星围绕着它旋转，依赖着它存在，但它仍然可以让一串葡萄成熟，就好像在宇宙中没有别的事情可干似的。

　　--伽利略·伽利雷（Galileo Galilei）

　　在秘鲁库斯科（Cuzco）古城郊外可以俯瞰萨克赛瓦曼（Sacsayhuamán）古堡的山坡上，无数当地人蜂拥而至。山下即将举行庆祝活动，他们争先恐后地来到这里，都想一睹为快。许多人凌晨就来了，为的是确保占据观赏的位置。旅游者经常为能占据演出中心的正面看台座位而付钱，票价为100美元（按1美元≈6.5元人民币）。周围的街道被围得水泄不通，形成了六七层人墙。这天是6月24日，成千上万的来访者都是为庆祝古代印加人（Inca）的传统节日--太阳节（Inti Raymi）而来的。这座庄严的城市是印加帝国（Inca Empire）的古都。在这特殊的一天，色彩缤纷的游行队伍和各种庆祝活动取代了日常交通带来的喧嚣，城市里的其他活动都突然中止。受邀的舞者、演员和音乐家约有500名，他们给人们带来了欢乐。组织者们声称，在南美洲的庆典中，其规模仅次于里约热内卢的狂欢节（Rio Carnival）。

　　太阳节庆祝活动开始于1412年，今天的活动是1412年的现代简化版，目的是向南半球的冬至--全年短的一天致意。它也标志着印加新年（Inca New Year）的开始。在印加人崇拜的所有神灵中，太阳神印蒂（Inti）是神圣的。人们认为，冬至是他距离地球远的时候，因此他们召唤他归来，希望他在新的一年里给人们带来光明和支持。初，节日延续9天，王子、牧师和将军都会盛装出席，在街上游行并祭祀太阳神。印加人祖先的木乃伊也会被人们从附近庙宇和圣坛的安息地中请出来，替他们穿衣打扮后再放到华丽的椅子上，由亲友抬着游街。人们高举金黄色的酒杯--里面盛放着用发酵的玉米酿成的吉开酒，向印蒂祝酒。人们宰杀数以百计的美洲驼，在供奉太阳神的"太阳神庙"（Coricancha temple）里将其作为牺牲敬献给太阳神。这些骆驼的血铺满周围的街道，而这些街道被人们有意按东西向建筑，以便与冬至这一天日出的光线的方向一致。接着，人们把这些动物的内脏取出，从中推测未来事件。这与通过解读茶叶渣形成的图案来推测有关事件的占卜方法颇有相似之处。人们也并非没有听说过将儿童杀死作为供品的例子。这与阿兹特克人（Aztec）的传统--斩杀战俘献祭遥相呼应，用以确保太阳有足够的能量在天空中按照固定的轨迹运行。今天的庆祝活动相对节制，只宰杀了一头美洲驼祭天，但五彩缤纷的装点依旧保留了下来。

　　太阳节的景象确实壮观，但它只是我们人类在自己的整个历史上尊崇太阳的一个缩影。印度教（Hinduism）中的太阳神是苏利耶（Surya）。人们口中的太阳神苏利耶常常乘着由七匹马拉着的战车，其中每一匹马代表着彩虹的一种颜色。事实上，代表日出与日落的红色的是苏利耶的战车御者阿鲁娜（Aruna）。在中国神话中，太阳是十兄弟中存活下来的那个，他们曾经同时照耀着大地，炎热的天气让人无法忍受，于是英雄后羿挺身而出，用弓箭射落了九个太阳。在英格兰，著名的史前遗迹--围成圆形的巨石阵，大约建于公元前2500年，其中巨石阵的主轴线指向夏至日出和冬至日落的方向。在埃及的纳布塔（Nabta ）和卡纳克（Karnak），人们也发现了按照太阳运动轨迹排列的类似的巨石阵。与此类似的还有在阿布·辛拜勒（Abu Simbel）的拉美西斯二世（Ramses II）雕像。在每年的2月22日和10月22日，阳光将照亮这尊法老塑像的脸庞，而这两天分别是他的加冕日和生日。著名的吉萨（Giza）金字塔群中的胡夫金字塔底座四边的走向与罗盘东、南、西、北所指的方向平行。关于古埃及人是怎样做到这一点的，许多研究者给出了不同的解释。有些人认为，太阳在秋分时的位置能够帮助埃及工程师进行精确定向。古埃及人认为，太阳是名叫"拉"（Ra）的鹰头神灵，每天乘船在空中从东向西飞过。每天夜里，拉都会潜入地下世界。邪恶的冥府之蛇阿波菲斯（Apophis）总是捣乱，想让他驻足不前。只有当拉成功地通过这种严峻考验，太阳才能在第二天冉冉升起。当然，他总是能够做到。

　　金字塔和巨蛇也出现在世界各地有关太阳的民间故事中。回到美洲，在库斯科西北方向4000千米外的奇琴伊察（Chichen Itza）的玛雅（Mayan）神庙，每年吸引250多万游客来到墨西哥（Mexico）的尤卡坦半岛（Yucatán Peninsula）。在奇琴伊察，这个建筑奇境的中心是库库尔坎神庙（Temple of Kukulcan），也叫"库库尔坎城堡"（El Castillo）。这是一座阶梯式金字塔，建成于900到1000年。它四面的台阶加上塔顶平台合计365级，每级台阶准确地对应着一年中的一天。在春分与秋分这两天，地球各地的白天与黑夜时间相等，太阳所在的位置确保了这些阶梯的影子看上去就像蛇神库库尔坎降临在金字塔的侧面。这一景象仅仅持续45分钟。蛇头石雕像处于合适的位置，该位置有助于让这一幻象栩栩如生。很明显，玛雅人热心于观察天空，该遗址中还有许多其他的庙宇是他们在专注研究天体运动后修建的。正如附近的建筑--埃尔卡拉科尔（El Caraco）被人们认为是一座天文台，因为按照它的建筑方式，人们每过8年就可以沿着一道开口观察到金星。 a

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编辑推荐

　　★写给地球人的太阳之书

　　本书全面介绍我们对太阳的探索历程，回顾我们的知识增长的物理学壮举，揭示其令人困惑的奥秘，并展望未来研究方向。

　　★ “羲和号” 的成功发射，标志着我国进入“探日时代”

　　太阳是离地球ZUI近、与人类关系ZUI密切的恒星，在地球漫长的历史中的每一天，它都毫不动摇地存在于我们身边。这是一颗恒星的故事，在很大程度上也是一个关于我们人类的故事！

　　★全面揭开太阳的诸多奥秘

　　太阳在46亿年前是怎样形成的？太阳身处何处？太阳有兄弟姐妹吗？太阳是暗物质实验室吗？太阳黑子、耀斑和日冕物质抛射对地球有何影响？太阳在走向死亡吗？太阳死亡会留下“宇宙墓碑”吗？太阳熄灭，我们能否存活？太阳要熄灭时，我们可以做些什么？……

　　★科林·斯图尔特已出版19本科普著作，作品被翻译成21种语言

　　为了表彰他对普及天文学的贡献，小行星15347以他的名字命名。

　　★ 专业人士认可、读者喜欢的太阳科普

　　《寻找薛定谔的猫》《万有引力》《量子纠缠》等作者推荐，荣登英国亚马逊天文学太阳研究科普类畅销榜前列。

书摘插图

媒体评论

　　这是一本极具可读性和时事性的书，讲述了我们附近的核炉--太阳的生命和时代。

　　--约翰·格里宾

　　《寻找薛定谔的猫：量子物理的奇异世界》作者

　　太阳对地球的生命至关重要，但出人意料的是它以前在天文科普中并不起眼。科林·斯图尔特通过对我们这个友好的邻居星球迷人而深入的探索，奠定了太阳在科普领域的重要地位。

　　--布莱恩·克莱格

　　《万有引力》《量子纠缠》作者

　　一幅引人入胜的太阳肖像。

　　--《自然》杂志

前言

　　太阳代表了很多东西：美、灯塔、能源、好战。它让我们得以存在，但同时也威胁着我们的安全。它能在 1.5 亿千米之外灼伤我们的皮肤，这足以说明它有何等巨大的威力。古往今来，人们崇拜它如同崇拜神明，但也惧怕它如同惧怕魔鬼。它驾驭着气象，在极地上空画出了绚丽多姿的极光。一旦它的磁场大发雷霆，危险的辐射洪流将在整个太阳系中泛起波澜。鸟儿每天清晨都欢唱着迎接它的来临，一旦它在夜间离去，鸟儿就会归巢，以保证自己的安全。在它的照耀下，植物的嫩芽钻出地面，开出沁人心脾的芳香花朵。树木如同无数太阳能电池板，吸收着它的光能，使得我们可以从化石燃料中释放它从远古保存至今的能量。

　　然而，正是太阳，一个我们如此熟悉的事物，一个对我们所在的这颗太阳系第三行星上几乎一切事物都如此关键的天体，却一直是一个让人类感到困惑的神秘存在。在庙宇拱手低头，为望远镜让开道路的时刻，我们开始尝试认识它。20 世纪，从一位具有远见卓识的天文学家在加利福尼亚（California）建造了一座太阳观测台开始，我们对太阳的认识逐渐增加。随着太空时代的到来，地球同步卫星飞上了太空。从 20 世纪 90 年代开始，一大批专门用来探索太阳奥秘的空间太阳探测器接受了我们的派遣，负责收集这颗距离我们近的恒星的相关信息，其工作规模达到了史无前例的地步。根据它们的工作，我们终确定了太阳所有能量的来源，知道了太阳光是如何一步步曲折地来到太阳表面，然后飞向地球的。现代天文望远镜让我们见证了宇宙其他地方的恒星的诞生，也让我们知道了距离我们近的恒星是如何诞生的。但我们还有许多的东西需要认识。太阳活动多得令人眩晕，但我们基本上还无从解释它们。一个半世纪以来，每隔 11 年左右（太阳黑子活动周期的时间），就能看到太阳黑子（sunspot）数目从增加到减少的过程，但我们仍然无法预测下一个周期的具体时间与强度。为紧迫的是，我们需要理解会对科技装置造成严重影响的恒星爆炸（stellar explosion），并预测其发生的时间，因为它有可能让地球文明退步数百年。恒星爆炸的凶猛程度足以摧毁人造卫星的电路，使电网瘫痪，让国际航班停飞。在冷战的高潮期，太阳甚至差点引发了一场核冲突。这一威胁如此严峻，让当今世界各国政府将太阳视为等同于地震、飓风和恐怖主义的存在。太阳可以对电子基础设施造成价值上万亿美元的破坏，我们需要花费数月甚至数年之久才能将其修复。

　　天文学家们竭尽全力地寻找答案，以期能够获得具有重大突破的科学知识。在过去成功的鼓舞下，我们的下一代太阳观测台正在加紧工作。庞大的火山旁边，巨大的镜面高高耸立，以便更近距离地探测太阳表面。它们强大到足以让人们看到一个在相当于地球直径的距离之外的人。人们正在把新的空间探测器投入太阳系，让它们到达从未到过的距离，以求尽可能地靠近我们的恒星。2018 年 11 月，帕克太阳探测器（Parker Solar Probe）打破了之前的探测器距离太阳近的纪录，终来到距离太阳约 600 万千米的地方。那里要比水星（Mercury）的轨道到太阳的距离近得多，帕克太阳探测器将在那里接受1000 摄氏度以上高温的考验。它很快将利用金星（Venus）的引力飞行，逐步改变自己的轨道，向上爬高，超越日地连线，史无前例地窥探太阳的极地--这是对于理解太阳的周期性自然状况具有关键意义的地区。在今后 10 年间，这些无畏的探索者将会给我们送回前所未有且数量巨大的有关太阳的数据。现有的数据如此之多，即使成千上万位天文学家也没有足够的时间对它们进行彻底检查。为了能够分析这些数据，人们正在世界范围内开发人工智能算法。

　　所以，当前的时刻，正是回头看同时向前看的绝好时机。回溯当年，我们觉得太阳只不过是天空中的一个球体；展望明日，我们的认识将会发生天翻地覆的转变。在本书中，我们将通过绘制从拜神纪念碑到巨型天文台的发展征程，展示恒星发电站旁令人叹为观止的活动，揭示其中令人困惑的奥秘，并探索见证了促使我们知识增长的物理学壮举。但这并非讲述的是区区一颗恒星的故事，而在很大程度上是一个有关我们人类的故事，一个我们发扬智慧并且无法克制渴望想进一步扩展知识领域的故事。千百年来，一代又一代天文学家披荆斩棘，不断地增加对于太阳的认识，许多人突破了个人与职业的藩篱，在知识领域内添加了新的内容。例如，那些避开战争观察日食的天文学家，那些为实现认识上的飞跃而粉碎家族统治的人，以及那些为了发动天文学革命而躲开政治革命的人。

　　在看到了太阳是如何来到银河系（Galaxy）一个几乎不起眼的角落之后，我们将直抵太阳的核心。在不可思议的炼狱之火中，我们将弄清：恒星的能量是如何在重重困难下形成的。然后，我们将从那里出发，向外飞跃，穿过太阳大气，并在地球上短暂停留，看看天文学家们是怎样努力应对受太阳活动影响的太空气候的。接着，我们将从其他行星的身边飞过，看看它们是如何在太阳的猛攻下幸存下来的。我们将远远越过冥王星（Pluto），到达太阳影响力的边缘，直至走向更为广阔的银河系。在"奥德赛之旅"的终点，我们将叙述伟大的生命给予者--太阳的生命将会如何结束。

　　但在旅途的起点，我们将回顾我们的认识是怎样从过去的迷信演变成今天的科学的