“为什么太阳这么热？” 是科学家们仍在研究的真实问题

太阳很热，这应该不是什么新闻。太阳表面的温度约为华氏10,000度，这似乎足够热了。但太阳周围有一种称为日冕的大气层。这个过热气体（实际上是等离子体）的包层温度超过300万度。科学家们仍在试图弄清楚这一外层为何比其下方的层级热得多。

让科学家们感到困惑的部分很简单：既然太阳的热源（他们确实理解）在核心，那么离中心越远，温度应该越低。但他们观察到的并非如此。因此，即使太阳就在那里，也无法解释日冕为何比其他层级热得多。在我们继续之前，也许应该提醒大家，热实际上是衡量原子运动速度的指标。因此，太阳物理学家主要在寻找加速这些物质的方法，并且这种加速方式似乎只发生在灼热的日冕中。

长久以来的谜团

尽管日冕温度很高，但由于太阳其他部分耀眼的光芒，它通常不为人所见。即使是复杂的仪器，在不被太阳表面光线压倒的情况下研究它也存在困难。但这并不意味着它的存在是近期才发现的。它出现在罕见但可预测的现象中，这些现象困扰了人们数千年：日全食。

1869年，天文学家利用了一次这样的日食来窥视太阳突然可见的最外层。他们甚至将光谱仪对准了模糊的光，以识别这种难以捉摸的物质。他们发现了一条不熟悉绿线，似乎是一种全新的元素：日冕素。七十年后，科学家们才意识到这实际上是熟悉的元素铁，被加热到前所未有的数百万度。这比太阳表面的测量温度高出数百倍，令人费解。

早期的一种理论认为，声波（想象一下太阳的物质像手风琴一样压缩和膨胀）可能导致日冕被搅动，就像海浪将水滴高速抛向岸边一样。但太阳探测器未能找到携带足够能量来解释观测到的日冕热量的声波。

因此，近150年来，这一直是一些科学上微小但恼人的谜团之一：科学家们非常确定他们对太阳表面和日冕的温度读数大致准确，并且更确定基本物理原理：离热源（如篝火）越远，温度应该越低。事实是确定的，但解释却难以捉摸。

磁性：它们是如何工作的？

问题的一部分在于，我们不了解太阳上许多小尺度的活动。我们知道它在为我们的星球供暖，也大致知道是如何做的。但作用于其中的物质和力的规模在更容易获得的实验室中不存在，而且要近距离研究太阳以获取详细信息，可以说是非常困难的。

如今，关于太阳的大多数问题似乎都归结为某种形式的太阳是一个非常复杂的磁体。地球也有自己的磁场。但地球，尽管有海洋和地下的岩浆，仍然比太阳固体得多，太阳只是一个巨大的气体和等离子体球。所以地球的旋转更像一个固体物体。

太阳则不然。太阳在自转，但由于它不是固体的，其两极和赤道自转的速度不同。太阳还会像一锅沸水一样，将物质在其层级之间上下翻腾。其结果是磁力线缠结在一起。构成太阳外层的带电粒子沿着这些磁力线运动，就像高速铁路上的火车一样。这些磁力线纠缠并重新连接，释放出巨大的能量（太阳耀斑），或者留下扭曲的、充满带电粒子的区域，使其能够以极高的速度飞离轨道进入太空（日冕物质抛射）。但有可能，在我们看到的表面之下，太阳正在经历近乎持续的纳米耀斑——微小耀斑的温度飙升至数千万度，这些耀斑累积起来可能导致日冕达到地狱般的温度。

一个更长期的解释是关于波。毕竟，热量只是粒子在快速移动。粒子运动得越快，它们就越热。就像海浪可以将水高速拍打到海滩上一样，科学家们曾认为太阳内部的波可以将太阳的最外层推出去。但几十年来，科学家们一直能够测量到声波（想象一下振动像声波在空气中传播一样穿过太阳）所携带的能量不足以成为热源。但太阳充满了许多不同种类的波，所以其他种类的波仍在考虑之中——包括阿尔芬波，这种波专门在等离子体中沿磁力线传播，这正是太阳物理学家最感兴趣的环境。

我们已经有许多卫星在追踪太阳，但今年发射的帕克太阳探测器才刚刚开始其观测。它将持续观测到2025年。科学家们希望，通过获得有史以来最接近太阳的视角，它将能够解答关于纳米耀斑或阿尔芬波的问题，或者像一些人已经怀疑的那样，一个更复杂的两种机制的组合。