地球只是生命的一個驛站。
造就第314位講者 陳鵬飛
- 長江學者
- 南京大學天文與空間科學學院教授
當我告訴別人我是研究太陽的，很多人都覺得太不可思議了。
太陽怎麼研究？有什麼可研究？不就是一個大火球在那兒嗎？
在浩瀚的宇宙中，太陽是無數顆恆星中很普通的一顆，但卻是離我們最近的一顆。
如果你透過望遠鏡去看太陽，你會發現它跟我們肉眼看到的以及想象中的，都完全不一樣。因為太陽有很多爆發活動，會對地球產生影響，我們通過研究這些爆發現象的規律，能夠更好地瞭解人類在宇宙中的生存環境。
兩千多年前，以亞里士多德和特勒密為首的科學家認為太陽以及所有的行星都是繞著地球轉的；到了文藝復興時期，以哥白尼和伽利略為首的科學家認為太陽才是中心，行星都繞著太陽轉；現在我們知道，其實是太陽帶著八顆行星在繞著銀河系轉。
但即使在地心說盛行的時代，人們依然強烈地崇拜太陽，為太陽建造神廟，我們中國也有很多關於太陽的傳說，比如后羿射日、夸父追日等等。這是為什麼呢？很簡單，因為太陽是生命的源泉。
太陽光
太陽光照到地球附近，它的能量大概是每平方米1360瓦，除去被大氣吸收和反射的部分，大約有一半能量照射到我們地球表面。如果沒有太陽，地球在一個星期之內溫度會降到零下20多度，再過幾個星期、幾個月，會降到零下200多度，生物無法生存。
太陽為什麼會發光呢？是因為在太陽核心四分之一半徑的地方，由於高溫高壓發生氫的聚變反應，四個氫原子撞到一起變成一個氦原子，質量減少了千分之七，根據愛因斯坦那個著名的公式——能量等於質量乘以光速的平方（E=mc^2）可以算出，太陽每秒鐘減少的質量大約為40億公斤。
很多人聽了是不是覺得很可怕，會不會太陽明天就要缺一個角，後天就沒了？不用擔心，這對太陽的一生來說只是九牛一毛。少掉的這一點點，轉變成了巨大的能量，所以太陽才發光。
太陽黑子
如果從望遠鏡裡看，太陽表面還有一些小黑點，它是太陽表面磁場聚集的地方，我們稱之為“太陽黑子”，一個普通的黑子大約是地球的三四倍大，它的形成和數量都不是恆定的，而且隨著黑子數量的浮動，太陽的亮度也會發生改變。
這張圖顯示的是1978年到2004年的黑子數變化，你會發現一個大約為期11年的波動週期，紅線就是同時段的太陽可見光亮度，雖然它波動的幅度只有千分之一，但對地球氣候卻能產生顯著的影響，樹木的生長和農作物的產量也會隨之發生改變。
一個極端的例子，明朝末年太陽黑子數急劇下降，尤其是在1645年至1710年，這期間太陽幾乎沒有黑子，亮度變低。
這段時間正好可以跟地球上的小冰期對應上，導致農作物大量減產，農民收入銳減，使得社會矛盾加劇，最終引發農民起義。所以，明朝的滅亡很有可能也跟黑子有密切的關係，而不是崇禎皇帝的錯。
無獨有偶，在當時的歐洲，阿爾卑斯山的雪一直從山頂綿延到農田，老百姓都沒有吃的了。對丹麥覬覦已久的瑞典，終於在厄勒海峽結冰的時候，從冰面上長驅直入，輕鬆攻佔了哥本哈根（編注：1700年俄瑞大北方戰爭）。
太陽爆發
相反的，當黑子多了之後，就會產生太陽爆發，比如太陽耀斑。耀斑發生時，幾十分鐘內就能釋放出相當於千億顆原子彈同時爆炸的能量。
這個動畫演示了太陽耀斑爆發時的場景，大約十億噸的高能帶電粒子流以每秒上千公里的速度往外拋射，這速度相當於一秒鐘從上海到北京。極光就是在這些高能帶電粒子進入地球磁場加速轟擊大氣時產生的。
這是在地球上拍到的極光圖片，非常壯觀，有些中國大媽買機票跑到北歐去看，而如果你研究太陽的話，你在辦公室就可以看到 。
因為有地球磁場和大氣的保護，太陽爆發不會給地球上的生命帶來直接威脅，但高能帶電粒子會極大地干擾地球的電磁場。
最極端的一個例子，是發生在1859年的一場劇烈太陽爆發（編注：即卡林頓事件），它引起的地磁干擾使得電報機冒出火花，甚至關掉電源都還能發電報，很多電報員因此觸電；1989年3月份，另外一次太陽爆發直接燒壞了加拿大魁北克省一個水電站的變壓器，這個水電站供應著整個魁北克省和美國五六個州的用電，大面積斷電使得六百萬人在冰天雪地中凍了九個小時。
每年，由於太陽爆發給人類生活造成的損失高達幾十億元，天文學家們一直在試圖像預報天氣一樣預報太陽爆發。
大物理學家理查德·費曼的妹妹瓊·費曼是一位天文學家，她發現了一個非常有趣的規律。如果一個地方要發生太陽耀斑，前一天在它旁邊會有黑子從太陽內部浮出來，並且浮出來的正極，正好靠近原來磁場的負極，正負抵消就會有爆發。據此，我們就可以對太陽爆發進行預報。
未解之謎
但是關於太陽，還有太多未解之謎等待著我們去探索。
前面我們說太陽中心在發生核聚變，一秒鐘會損失40億公斤的物質，加上太陽的大氣也不是靜止的，它不斷地在往外吹，我們稱之為“太陽風”，它每秒鐘要帶走15億公斤的物質，合起來相當於太陽每秒鐘要損失掉55億公斤物質。質量少了之後，它對地球的引力就弱了，地球就會往外跑。目前，地球正在以每年1.6釐米的速度遠離太陽。
聽上去不是很多，對吧？但是這裡帶來一個非常有趣的問題，太陽的壽命是一百億年，目前已經過了46億年，還有54億年。到那個時候，年老的太陽由於內核收縮，外殼膨脹，會變成一個紅巨星，把水星和金星都吞沒掉。
地球有沒有可能也被吞沒呢？目前誰也不知道，大家都在爭論。原因之一就在於我們對太陽風還不是很瞭解。如果太陽風弱一點，地球就被吞沒掉了，如果太陽風強一點，地球就逃掉了。所以，54億年之後如果有一個外星人從太空中看我們的話，他也許會看到一個非常有趣的現象：太陽在不斷地膨脹，想把地球吞沒掉，而地球在拼命地跑。
美國宇航局今年8月份準備發射帕克太陽探針，它將是人類史上第一個能靠近太陽最表面對它進行觀測的衛星——它不僅會極大地靠近太陽表面，甚至還會進入日冕。中國也計劃在2022年發射一個先進天基太陽天文臺，對太陽耀斑和日冕物質拋射進行探索。
不過，根據恆星演化規律，大約60億年之後，太陽有一半物質由於膨脹拋射損失掉了，剩下的一半急劇塌縮到跟地球差不多大，從紅巨星變成密度極高的白矮星，最終歸於死寂。所以即使地球逃過了被太陽吞沒的命運，到那時候也不再適合生存。
大家是不是覺得很可怕？
其實在太陽塌縮成白矮星之前，還有比這個更值得擔心的事情。因為太陽在慢慢變熱，大約10億年之後黃浦江的水甚至太平洋的水就會被蒸乾，到那時只有南極洲才是綠洲，我們只能跟企鵝生活在一起。然後再過10億年，連南極的水也蒸乾了，這時候地球真的會變成一個光禿禿的……球。我們要不要擔心這些呢？
我覺得大可不必。近代科學只有三百多年的歷史，但人類已經可以登月甚至去火星了，我們還在積極尋找系外行星，尤其是那些適合我們人類生存的，正如英國曆史學家韋爾斯所說：
生命總是死而復生，
總是充滿朝氣，
充滿渴望，
地球只是它的一個驛站，
它終將延伸到浩瀚的星空。
校對：其奇
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