[注意：我最初写这篇文章时犯了一个错误——我说太阳的直径是 30 角秒，而实际上是 30 角分。不知何故，这个数字一直在我脑海里，我做的计算都基于这个错误的数字！我已经在下面的文本中更正了计算。通常我会保留文章中的原始错误（用删除线划掉），以及更正——这是我承认错误的方式。但考虑到这是数学，我担心这看起来有点令人困惑，所以我在这里注意到我的大脑打了个盹，并且通过直接修复来保持数学的清晰。然而，这确实改变了我在文中用于将太阳比作篮球的比喻，在这种情况下，我划掉了文本并添加了正确的比喻。我知道，这听起来很令人困惑，但读这篇文章时会清楚的。对此我表示歉意！]
一项新研究已发布，它看起来非常简单，却有一些非常有趣的后果：它表明太阳是迄今为止测量过的最球形的自然物体。测量太阳的直径实际上相当困难。首先，地面观测必须处理我们大气层上方扭曲和波动的空气，扭曲了天体的图像。为了克服这一点，研究人员使用了 NASA 太阳动力学天文台上的相机，该天文台绕地球高轨道运行。相机非常稳定，并且可以解决许多测量不确定性问题。另一个问题是太阳没有固体表面。它不像行星——即使是行星的测量也很难。由于太阳是气态的，它会随着高度的增加而逐渐消失，所以如果你想做到非常精确，你会发现尺寸有很多的浮动空间。事实上，研究人员发现的太阳直径的最大变化是由于太阳边缘的固有粗糙度——换句话说，在非常小的尺度上，太阳并不光滑。尽管如此，还是有办法解决的。这里的重点不一定是找到实际尺寸，而是太阳沿极轴（如果你愿意，就是上下）的直径与沿赤道的直径之比。这告诉你太阳有多么球形。我预期的结果是，太阳在赤道处的直径比在极点处略大，因为它在旋转。这会产生一个离心力，在极点处为 0，在赤道处最大。大多数行星因此会略微扁平，土星——密度最低、旋转最快的行星，一天只有 10 多个小时——的极半径与赤道半径之比约为 90%。即使通过相对较小的望远镜观察，它也**明显**扁平。太阳的自转速度要慢得多，大约一个月一次。这意味着其赤道处的离心力并不大，但应该足以测量。所以科学家们去测量了。他们发现极半径和赤道半径几乎完全相同。事实上，他们发现赤道直径比极半径宽 5 毫角秒。角秒是测量天空中物体大小的单位（1° = 60 角分 = 3600 角秒），太阳的直径约为 30 角分（1800 角秒）。换句话说，赤道直径仅比极半径宽 0.0003%！太阳是一个 99.9997% 的完美球体。嗯。换句话说，如果你把太阳缩小到篮球那么大，赤道直径将比极半径宽约 0.4 微米——人类头发的宽度小于一个平均细菌的大小！这实际上相当酷。这几乎肯定意味着人们对太阳的假设并不完全准确*。一种假设是太阳是一个巨大的气体球，唯一作用于它的力是引力、压力和离心力。这些力的物理学并不难计算，但到目前为止，它们预测出的太阳会略微扁平。所以一定有什么别的事情在发生。一个显而易见的问题是太阳极其复杂的磁场。太阳内部的气体是炽热的，构成它的原子会失去电子。这使得它们变成离子（然后气体被称为等离子体），它们会受到磁场的影响。有可能太阳内部磁场的强度会像一种张力一样，使太阳变硬，因此它不会像预期那样（或根本）在赤道处鼓胀。此外，由于太阳不是固体，它不会作为一个整体旋转。它的不同部分旋转速度不同；赤道处每 25 天旋转一次，而极点处每 35 天旋转一次。有可能这不是恒定的（表面下方的等离子体可能比表面物质旋转得更快），这也可能对此产生影响。对我来说最有趣的是，科学家们确定太阳的尺寸不会随时间变化，包括 11 年的太阳周期。太阳的整体磁场随时间波动，以 11 年的周期减弱和增强（这就是为什么我们现在看到更多太阳黑子；我们正接近太阳极大期）。如果太阳的形状受到内部磁场的限制，你可能会期望尺寸随周期略有变化。进行这项研究的科学家已经排除了这一点。那么到底是怎么回事？很难说。由于过去一个世纪左右物理学的进步，我们对太阳内部的了解实际上非常好——模型已经经过非常仔细的测试，我们现在拥有的模型在很大程度上是有效的……但并非完全如此。接下来要做的是测试不同的模型，看看哪些模型可以与观测结果相匹配，然后做出更多预测，然后进行更多、更好的观测来检验这些预测。一些模型将经受住这次考验，我们的理解也将得到增长。太阳的球形问题似乎是我们已知知识中的一个波动。这并不意味着我们过去所知的一切都是错误的，只是太阳还有更多需要了解的地方。当然，这就是科学如此有趣的原因！它永无止境，总有新奇有趣的东西等待发现。
图片来源：Thierry Legault
^* 哈哈哈！明白了吗？
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