作者：《解密日食和月食》编写组
出版社：世界图书出版公司
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解密日食和月食试读：
前言
晴朗的天空，清澈如洗，蓝湛湛的天幕，一轮红日高照，几朵白云齐飞，清明豁达，令人心旷神怡。忽然，太阳被一团黑影慢慢吞没了，天地顿时暗淡下来，仿佛黑夜提前降临了。此时，鸡、鸭、鸟儿都归巢了；牛啊、羊啊都安静了下来；小狗、小猫等小动物开始警觉起来。
过了一会，那团黑影渐渐撤去了，太阳又慢慢地露了出来。天地再次明亮起来。天空中依然清澈，天幕依然湛蓝。动物们又开始活动了。鸟儿“叽叽喳喳”地飞出巢去，公鸡“喔喔”地打起了鸣……
这是怎么回事呢？黑夜怎么会来得这么快，又怎么会走得这么快呢？原来，这一切都不过是一场日食造成的。
什么是日食呢？现在，我们都知道地球绕着太阳公转，月亮又绕着地球公转。当月亮绕到太阳和地球中间，三者成一条直线的时候，月球挡住了太阳的光线，日食就发生了。
与日食相对应的还有月食。月食发生的原理和日食发生的原理差不多。当地球运行到太阳和月球中间的时候，三者成一条直线，地球挡住了来自太阳的光线，月食就发生了。
但是，在古时候，人们不知道为什么会发生日食和月食。他们以为太阳或月亮之所以会突然消失了，是因为有一个大怪物把太阳或月亮吞了下去。在古代中国，人们认为这个吞掉太阳或月亮的大怪物是一只天狗。在古代印度，人们认为这个大怪物是一个魔鬼。于是，人们就以燃放鞭炮、敲锣打鼓等办法驱赶怪物，拯救太阳和月亮。
古代的人们不了解发生日食和月食的原理，就认为日食和月食非常神秘。其实，日食和月食都是一种客观存在的天文现象，它们一点都不神秘。
为了让广大青少年朋友全面地了解日食和月食，我们组织编写了这本《解密日食和月食》。在书中，我们不但详细地介绍了日食和月食发生的原理，如何观测日食和月食，日食和月食对人们生活产生的影响等内容，也介绍了和日食、月食关系紧密的一些天文知识。
我们相信，广大青少年朋友读了本书以后，不但会全面地掌握日食和月食的知识，说不定还会成为一个小小的天文学家呢！
深邃的舞台——宇宙空间
如果说日食和月食分别是一场精彩的电影，那么宇宙空间就是这一幕幕电影的舞台。宇宙这个大舞台十分的深邃。为什么这样说呢？因为宇宙空间是无边无际的。
自从人类诞生之日起，就开始了对这个舞台的认识之旅。但是限于技术手段，人们在几百年前还无法正确地认识它。随着科学的进步，人们才逐渐认识了宇宙。但是，直到现在，人们对它的认识还非常有限。
科学认识宇宙的开始
人类是从认识太阳、月亮、太阳系中的行星开始认识宇宙的。很长一段时间以来，宇宙被认为是空间上无边无际、时间上无头无尾的物质的总和。
随着科学技术的发展，人类已经观察到宇宙的边缘，这是距地球约100多亿光年的类星体。宇宙空间一些天文观测事实和理论研究使人们相信宇宙产生于大爆炸的一瞬间，这就使时间、空间上无限的宇宙观发生了根本的变化。
不仅如此，人们还能了解距地球十分遥远的恒星的物理状态，并已向太阳系中的某些天体发射了空间探测器。这一切表明，天文学是人类认识自然的最前沿的科学，天文学的研究需要用到人类最新的知识、最先进的技术。
但是，天文学又是最古老的科学，它几乎是伴随着人类同时产生的，有关现代天体和宇宙的所有新概念都是建立在人类不断追求和摸索的基础之上的。
远古时代关于宇宙的神话传说可称为宇宙学的启蒙时期。人类的祖先发展到从事农牧生产的时候，逐渐意识到日月运行、昼夜交替、寒来暑往这些天象变化与他们的生活有极为密切的联系，这就导致了历法的产生。历法的制定是人类认识宇宙的开端。
与此同时，远古人类对变化多端但又遵循规律的天象由赞叹、恐惧，到信服、崇敬，随之产生了对控制自然力量的崇拜，从而有了神话和宗教的出现。世界各个民族都有自己关于开创宇宙的神话，在这些神话中都能找到主宰宇宙各种天象的神。
随着生产的发展、社会的变革、科学的进步，人类征服自然、改造自然的能力日益增长，人类放弃了宇宙由神来支配的想法，开始了试图用科学的方法来解释宇宙的尝试。
公元前4世纪，赫拉克利特创立了地球每天绕轴转动的学说，并认为金星和水星运行轨道的中心是太阳而不是地球。较赫拉克利特稍后的一位哲学家亚利斯塔克甚至正确地推断出地球自赫拉克利特转而分昼夜，地球绕日运转成岁。这个理论和哥白尼的理论很接近，所以人们称他为古代哥白尼。
虽然在古希腊已经有了日心说的雏形，但许多哲学家仍然相信宇宙本身包着一个球形外壳，地球居中。柏拉图、亚里士多德和托勒密是建立地心说体系的主要人物。
柏拉图建立了天体的运行是圆形的、宇宙外形是球形的这一宇宙结构的基本思想。
柏拉图认为宇宙是以地球为中心的一层层同心球壳——地球居于同心球壳的中央不动，它的周围被水包围着，厚度是地球半径的2倍；水外便是空气，厚度约为地球半径的5倍；更外一层是火，厚度为地球半径的10倍；在这层的顶部固定着天空的万千星星，从地球中心到那里的距离总共是地球半径的约18倍。
柏拉图的弟子欧都克塞斯继承了他的老师的思想，改进了同心球的宇宙结构模型。他把日或月或者一个行星附缀在一个想象中的看不见的天球上，星体本身不能运动而随着附缀于其上的球面作匀速圆周运动。但是行星的视运动时快时慢，有顺行有逆行，一个同心球不足以解释这种现象。
欧都克塞斯力图使行星的运动符合于观测结果，于是他设想有一套同心球，各自以不同的速度旋转。日、月以及每个行星都有它自己的一套同心圆球，这些圆球都是以地球为中心的。在欧都克塞斯的宇宙模型中同心球多达27个。
欧都克塞斯的一个名叫喀列浦的弟子为了更详细、更精确地描述天体的运动，把同心球增加到36个。
现在，我们都知道这种宇宙结构理论是错误的。然而欧都克塞斯和他以前的古希腊哲学家不同，欧都克塞斯力图用他的宇宙模型来解释观测到的天体运行情况，特别是行星的逆行，而在他以前的一些古希腊哲学家虽然能创立出接近于现代科学的观点，但这些观点的创立都是纯理性的分析，没有观测事实作为依据，也没有用创立的理论去解释观测事实。从这个意义上讲，欧都克塞斯是第一位称得上真正科学家的人。从这个意义上来讲，这也是人们科学地认识宇宙的开始。
亚里士多德是柏拉图的弟子，所以他几乎完全承袭了柏拉图宇宙结构的思想。亚里士多德在他的《形而上学》一书中把同心球增加到55个之多。他把宇宙分为8个天层，地球居于中心，向外依次为月球、水星、金星、太阳、火星、木星、土星诸天层，最外一层为恒星天层。亚里士多德认为一个物体的运动需要另一物体和它直接接触来推动它，所亚里士多德以有第一推动者推动了天上最外层的球壳，以便把运动逐次传递到13月五星上去，这个第一推动者就是宗教中的上帝。
亚里士多德在宇宙理论上也有过积极的贡献：他以最简单而明确的方式证明地球为球形。他说月食时可以在月亮上看到地球的影子的一部分或全部，而影子的形状是圆周的一部分或整个圆。亚里士多德是第一个认真计算地球周长的人，虽然他计算出的地球周长比实际周长长了85％。
托勒密是著名的天文学家、地球学家和数学家，他所发表的地心宇宙体系（托勒密体系）在天文学中占统治地位达1300年之久。托勒密在天文学上的研究成果主要体现在他所撰写的长达13卷的巨著《天文学大成》中。
托勒密认为地球是宇宙的中心，天体运动可以用一些假想的、称为均轮和本轮的匀速圆周运动来解释，一颗行星附缀在一个被称为本轮的滚圆的小圆上，此圆的中心在一个被称为均轮的大圆上滚动。地球处在离均轮圆心不远的位置，但地球仍是宇宙的中心。
由于行星实际上沿椭圆轨道绕日公转，行星运动轨迹测得越精确，托勒密体系中的均轮和本轮就越复杂，而且计算越繁琐。托勒密系统的思想和亚里士多德系统的思想实质上没有什么不同，它没有触动地心说和圆周运动的本质，但是确实解释了所观测到的行星的运动，尽管到最后托勒密系统复杂得一般人无法理解。欧洲的奴隶社会解体以后，封建社会持续了1000年之久。中世纪欧洲封建社会是一个政教合一的社会，所以宗教的神学思想成了统治思想。这种思想主张精神第一，上帝万能，并且强烈反对科学，托勒密的地心宇宙观就成了神学思想的有力工具，也成了神圣不可动摇的偶像。因此托勒密的宇宙观得以持续了1300余年。
哥白尼创立日心说
在中世纪的欧洲，托勒密和亚里士多德的宇宙体系是基督教极力推崇的“真理”。为了与神学教条相吻合，天主教会阉割了其中比较合理的部分，把“地心说”摆到了一个神圣的地位。大多数人也接受了这种观点，直到波兰的哥白尼提出了他的“日心说”理论。
哥白尼所在的欧洲正处在黑暗的中世纪的末期。亚里士多德—托勒密的地球中心说早已被基督教会改造成为基督教义的支柱。然而，由于观测技术的进步，在托勒密的地心体系里必须用80个左右的圆周才能获得同观测比较相合的结果，而且这类圆周的数目还有继续增加的趋势。当时一些具有进步思想的哲学家和天文学家都对这个复杂的体系感到不满。
哥白尼不是一个想要推翻全哥白尼部传统观念的革命派，他只是一个深受毕达哥拉斯学派思想影响的科学家。他认为真理必定是简单明了的，而托勒密体系所给出的几何图像太复杂了，他坚信一定能用一种比较简单明了的几何图像，来描述宇宙的结构。他在阿利斯塔克日心说的启发下，在自己长期坚持天象观测所获得的大量资料基础上，决心从根本上改革托勒密体系。经过近30年的观测、计算和反复思考，他终于写出了不朽的名著《天体运行论》。
哥白尼在书中明确提出：地球不是宇宙的中心，太阳才是宇宙的中心；地日距离与众恒星所在的天穹的高度相比是微不足道的；天穹周日旋转的视现象是由于地球绕其自转轴每天旋转一周所致；太阳在地球上的周年视运动并不是由于它本身在运动，而是因为地球像其他行星一样绕着太阳公转而造成的。哥白尼的宇宙体系是把太阳放在宇宙的中心，并规定地球有3种运动：①绕地轴的周日自转运动；②绕太阳的周年运动；③用以解释二分岁差的地轴回转运动。
哥白尼的日心说否定了教会把地球置于宇宙中心的宗教教义，建立了科学的宇宙体系。它标志着自然科学与神学的分离和独立。《天体运行论》的发表被后代的历史学家称为“哥白尼革命”。很多历史学家认为，近代自然科学就是从1543年起诞生的。由于时代的限制和科学研究条件的制约，哥白尼虽然提出了崭新的学说，但他在方法上却是保守的。他始终认为天体运动是匀速圆周运动。他的体系虽然比托勒密的体系简单得多，但与后来开普勒创立的体系相比仍要复杂得多。日心说的稳固的科学基础是在以后开普勒发现行星运动三定律和牛顿发现万有引力定律之上才建立起来的。
但是哥白尼的《天体运行论》并没有及时公开出版。因为他知道，他的书一经刊布，便会引起各方面的攻击。批判可能从两种人那里来：一种人是顽固的哲学家，他们坚持亚里士多德、托勒密的说法，把地球当作宇宙的固定的中心；另一种是教士，他们会说日心说是离经叛道的异端邪说，因为《圣经》上明白指出地球是静止不动的。
当哥白尼终于听从朋友们的劝告，将他的手稿送去出版时，他想出一个办法，在书的序中写明将他的著作大胆地献给教皇保罗三世。他认为，在这位比较开明的教皇的庇护下，《天体运行论》也许可以问世。除了这篇序之外，《天体运行论》还有另外一篇别人写的前言。哥白尼当时已重病在身，辗转委托教士奥塞安德尔去办理排印工作。
这位教士为使这书能安全发行，假造了一篇无署名的前言，说书中的理论不一定代表行星在空间的真正运动，不过是为编算星表、预推行星的位置而想出来的一种人为的设计。这篇前言里说了许多称赞哥白尼的话，细心的读者很容易发现这是别人写的。然而，这个“迷眼的沙子”起了很大的作用，在半个世纪的时间里，骗过了许多人。1542年秋，哥白尼因中风已陷入半身不遂的状况，到1543年初已临近死亡。延至5月24日，当一本印好的《天体运行论》送到他的病榻的时候，已是他弥留的时刻了。
哥白尼发表了地动学说，不仅带来天文学上的革命，而且开辟了各门科学向前迈进的新时代。因为他带给人们科学的实践精神，他教给人们怎样批判旧的学说，怎样认识世界。他首先告诉人们不要停留在事物的外表，而要依靠人类的实践，进行全面的分析，深入事物的本质。
譬如对天文现象的认识，就不能让直觉支配，以为太阳等恒星都在绕地球转动，而不去全面深入地研究太阳系内全部行星的运行。他还启示人们，不应该迷信古书上的道理，而应该重视客观事实，重视实验和实践；要有勇气怀疑并且敢于批判不符合实际却历来被认为神圣不可侵犯的权威学说。
因此，哥白尼的学说不只在科学史上引起了空前的革命，而且对人类思想的影响也是极深刻的。哥白尼推翻了亚里士多德以来从未动摇过的地球是宇宙的中心、日月星辰都绕地球转动的学说，从而在实质上粉碎了上帝创造人类、又为人类创造万物的那种荒谬的宇宙观。
不管这些思想在当时人们的心目中是处在多么神圣的地位，哥白尼还是从事实出发，证明地球和其他行星一样都按照同一规律运行，为唯物主义的科学的宇宙观奠定了基础。德国诗人歌德曾经这样评论过哥白尼的贡献：“哥白尼地动学说撼动人类意识之深，自古以来没有任何一种创见，没有任何一种发明，可以和它相比。在哥伦布证实地是球形以后不久，地球为宇宙主宰的尊号，也被剥夺了。自古以来没有这样天翻地覆地把人类的意识倒转来过。因为地球如果不是宇宙的中心，那么无数古人相信的事物将成为一场空了。谁还相信伊甸的乐园，赞美诗的歌颂，宗教的故事呢？”
意大利哲学家布鲁诺不仅是哥白尼日心说的坚定支持者，而且发展了日心说。他认为每一颗发光的星体都是一个世界，星星数不清，世界也数不清，因此，他得出“宇宙是无限的”这个结论。
哥白尼的日心说还承认宇宙是有中心的，这多少给宗教神学留了一点面子。而布鲁诺说，宇宙实际上连中心也没有，当然上帝就没有立足之地了，所以罗马教廷把布鲁诺活活地烧死在罗马的鲜花广场。
伽利略用无可辩驳的事实证明宇宙是无限的。伽利略用自制的望远镜来观察宇宙，使得人类的视野极大地扩展了。伽利略不仅发现了太阳的黑子、木星的4颗卫星，而且还发现银河是由亿布鲁诺万颗星星组成的。
显然，伽利略的观测事实比布鲁诺的理论观点影响要大得多，因此伽利略遭到教廷的残酷迫害，1616年和1635年两次被宗教裁判所审讯，并被命令焚毁自己的著作，遭终身禁闭。直到1983年罗马教廷才解除对伽利略终身禁闭的判决，承认过去的判决是错误的。
大爆炸与宇宙的诞生
我们所处的宇宙是如何诞生的呢？迄今为止，科学家们对这个问题也没有取得一致的意见。不过，宇宙是从大爆炸中产生的这一理论已为大部分人所接受。
大爆炸是一种学说，是根据天文观测研究后得到的一种设想。大约在150亿年前，宇宙所有的物质都高度密集在一点，有着极高的温度，因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后，物质开始向外大膨胀，就形成了今天我们看到的宇宙。
大爆炸的整个过程是复杂的，现在只能从理论研究的基础上，描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质，形成了当今的宇宙形态，人类就是在这一宇宙演变中诞生的。
人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢？这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系——河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去，离我们越远的星系，飞奔的速度越快，因而形成了膨胀的宇宙。
对此，人们开始反思，如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看，它们可能当初是从同一源头发射出去的，是不是在宇宙之初发生过一次难以想象的宇宙大爆炸呢？后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射，就是说大约在137亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。
宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派，它能较满意地解释宇宙中的一些根本问题。宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出，但20年代以来就有了萌芽。20世纪20年代时，若干天文学者均观测到，许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比，都有波长变化（即“红移”）现象。
到了1929年，美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出：如果认为谱线红移是多普勒效应的结果，则意味着河外星系都在离开我们向远方退行，而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论，经伽莫夫修改过的勒梅特理论在宇宙论中居于主导地位：整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中，后来发生了大爆炸，碎片向四面八方散开，形成了我们的宇宙。
美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中，提出了热大爆炸宇宙学模型：宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继续下降，宇宙开始膨胀。
20世纪60年代，彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据，他们发现了宇宙背景辐射，后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹，从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们在测定银晕气体射电强度时，在735厘米波长上，意外探测到一种微波噪声，无论天线转向何方，无论白天黑夜，春夏秋冬，这种神秘的噪声都持续和稳定。相当于霍 金3K（绝对温度）的黑体发出的辐射。
这一发现使天文学家们异常兴奋，他们早就估计到当年大爆炸后，今天总会留下点什么，每一个阶段的平衡状态，都应该有一个对应的等效温度，作为时间前进的嘀嗒声。彭齐亚斯和威尔逊也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10～43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释。宇宙的起源：最初是比原子还要小的奇点，然后是大爆炸，通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子，这些粒子在能量的作用下，逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此，大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。
大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样，或者说发生这次大爆炸的原因是什么？按照大爆炸理论，宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程，从大爆炸到黑洞的周而复始，便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。
这只是一个设想，并不是一个完美的理论。
银河系的发现
在晴朗的夜晚，人们很容易看到银河，它就是那条横贯夜空、隐约可见的白茫茫的光带。关于银河的起源，在古罗马的神话故事里，说的是大神朱庇特（即希腊神话中的宙斯）是一个好拈花惹草的天神，他和一位民间美女在凡间生了一个儿子，取名为赫拉克勒斯。由于婴孩没有奶吃，朱庇特把私生子悄悄地送到熟睡的妻子朱诺身边，据说只要吃了妻子一次奶水，以后孩子的身体就会非常健壮。
婴孩刚刚洗晕了几口奶水，朱诺发现了。她被吓了一跳，身体一下失去平衡，顿时丰腴的双乳喷出乳汁，撒向了太空，就形成了茫茫的银河系。“银河”一词的英文就是“Milky Way”，即“乳白色的路”之意。
人们常说“工欲善其事，必先利其器”。为了看到更远的天体，人们需要更好的观天设备。当初伽利略刚刚把他的第一架望远镜指向银河，就发现了其中很多用肉眼看不见的恒星。后来，人们把望远镜每改良一次，就能发现一大批更多、更暗的恒星。
英国天文学家威廉·赫歇尔是一位从业余爱好者成长起来的杰出人物。根据天文史书记载，赫歇尔一生自己磨制的望远镜面多达400余块。赫歇尔一生最大的愿望就是明白“宇宙的结构”。
1784年，赫歇尔决心要数一数天上究竟有多少星星，并且要研究它们在天空中的分布情况。要数清天上的星星，那可不是一件普通的事情，而是一件非常繁重艰难的工作。
当时，赫歇尔做了3个假设：①空间是完全透明的，因此通过望远镜可以看见银河最外层的恒星；②恒星在空间的分布完全均匀，意味着星星越密集的天区，表示该方向上银河延伸得越远；③天上所有的恒星的亮度大体相同，星等的大小反映了其距离的远近。为了弄清宇宙的结构，赫歇尔非常有耐心和毅力地投入了观测。
赫歇尔选择了从赤纬-30度到＋45度的方位，把星空分成683个区域，每个天区的大小为15′×15′，这正是他那架放大175倍望远镜的视场大小。赫歇尔为了保证观测资料的准确性，对每个选定的天区至少要在不同时日观测3次以上。
经过1083次观测，赫歇尔总共数出的恒星达到了117600颗之多。从数星星中，他发现了一种现象：恒星在某些方向上数量多，在某些方向上数量少；越是靠近天上那条乳白色的光带——银河，恒星分布就越密集，恒星数在银河平面方向上达到了最大值，而与银河垂直方向上的恒星数最少。
赫歇尔根据观测的结果，分析研究后认为，银河系是由恒星组成的“透镜”（或“铁饼”状）的庞大天体系统；所有恒星连同银河一起构成了银河系，银河系的形状大致像凸透镜；银河系的直径与厚度比大约在5∶1到6∶1之间。
现代天文学家在观测中发现，星光在传播的过程中会被空间尘埃所吸收，如果没有新的观测技术，这会使人们根本看不到远处的恒星，从而使得对银河系尺寸的估计偏小。现代天文观测表明，在盘状的银河之中的确存在许多尘埃，因此在银盘内看到的全是太阳附近的恒星，这就难怪人们曾错误地认为太阳是银河银河系系的中心了。
在赫歇尔之后的1个世纪之多的时间里，人们对银河系的结构轮廓的认识没有多大改变，只是在银河系的空间范围上扩大了约10倍。当时，引起人们兴趣的是太空中的星云和星团。
1914年，取得博士学位后的美国青年天文学家沙普利来到威尔逊天文台工作。1921年，他担任著名的哈佛大学天文台长。威尔逊天文台有当时世界上最先进的天文望远镜——胡克望远镜，这架反射式望远镜口径为254米。沙普利利用它开展了探索球状星团的工作，并且研究了其中一种称为“造父变星”的脉动变星。
沙普利先后观测了约100个球状星团。他的统计表明，有1/3的球状星团在人马座以内；90％的球状星团分布在以人马座为中心的半个天球。
以上观测结果引起了沙普利的沉思：假定银河系内球状星团和恒星一样对称分布，而且太阳在银河系中心，那么，地球上人们所看到的天空上的球状星团就应该呈对称分布。
可是，观测结果并不是这样的。是否存在另一种可能，即太阳实际上处在远离银河系中心的地方。因此，地球上的人们才观测到球状星团呈现不对称分布的现象。
最后，沙普利大胆地把太阳从银河系的中心移开了，并指出银河系中心是由各球状星团组成的天体系统的中心，该中心就在人马座方向，距离太阳约15000秒差距。
沙普利利用周光关系估计，较近的球状星团距离太阳12000秒差距，著名的武仙座球状星团为30000秒差距。沙普利指出，球状星团组成的天体系统范围实际上就是银河系的范围。从那时以来，经过几十年的天文学观测检验，一再证明沙普利描述的银河系模型基本上是正确的。这是继哥白尼提出“日心说”之后，人类对宇宙认识的又一次飞跃。
银河系的多数物质就分布在薄薄的中间凸起银盘之中，其中主要是恒星，也包括部分气体和尘埃。银盘的中心平面叫做道面，银盘中心凸起的椭球状部分称为银河系的核球，核球中心很小的致密区叫银核。
银盘外面是一个范围广大、近似球状分布的系统，叫做银晕，银晕中的物质密度比银盘中低得多，银晕外面还有物质密度更低的、大致呈球形的银冕。根据天文学家的估计，银盘直径约30000秒差距，中间部分的厚度约2000秒差距，核球长轴约5000秒差距，厚度约4000秒差距，结构比较复杂。
如果从银盘上面俯视，银河系颇似水中的漩涡，从银河系核球向外伸展出几条旋臂，它们是银盘内年轻恒星、气体和尘埃集中的地方，也是一些气体尘埃凝聚形成年轻恒星的地方。
一般来说，旋臂内的物质密度比旋臂间大约高出10倍。在旋臂内恒星约占有1/2质量，剩下的1/2物质是气体和尘埃。由于旋臂内多有许多亮星闪耀，在通过大口径望远镜拍到的照片上，可看到漩涡结构。
太阳除了自转外，它还携带着太阳系天体围绕着银心公转，在半径约3万光年的轨道的速度约250千米/秒，公转一周约26亿年之久。银河系中所有的恒星都像太阳一样在绕着银心旋转，这就是说，银河系也存在自转。银河系的旋臂也在绕着银河系的中心旋转。通过观测发现，银河系作为一个整体还朝着麒麟座方向以214千米/秒的速度运动着。
太阳系的结构
太阳系是由受太阳引力约束的天体组成的系统，是宇宙中的一个小天体系统，太阳系的结构可以大概地分为5个部分：（1）太阳。太阳是太阳系的母星，也是最主要和最重要的成员。它有足够的质量让内部的压力与密度足以抑制和承受核融合产生的巨大能量，并以辐射的形式，例如可见光，让能量稳定地进入太空。
太阳在分类上是一颗中等大小的黄矮星，不过这样的名称很容易让人误会，其实在我们的星系中，太阳是相当大与明亮的。恒星是依据赫罗图的表面温度与亮度对应关系来分类的。通常，温度高的恒星也会比较明亮，而遵循此一规律的恒星都会位在所谓的主序带上，太阳就在这个带子的中央。但是，比太阳大且亮的星并不多，而比较暗淡和低温的恒星则很多。
太阳在恒星演化的阶段正处于壮年期，尚未用尽在核心进行核融合的氢。太阳的亮度仍会与日俱增，早期的亮度只是现在的75％。
计算太阳内部氢与氦的比例，认为太阳已经完成生命周期的1/2，在大约50亿年后，太阳将离开主序带，并变得更大、更加明亮，但表面温度却降低的红巨星，届时它的亮度将是目前的数千倍。
太阳是在宇宙演化后期才诞生的第一星族恒星，它比第二星族的恒星拥有更多的比氢和氦重的金属（这是天文学的说法：原子序数大于氦的都是金属）。比氢和氦重的元素是在恒星的核心形成的，必须经由超新星爆炸才能释入宇宙的空间内。换言之，第一代恒星死亡之后宇宙中才有这些重元素。最老的恒星只有少量的金属，后来诞生的才有较多的金属。高金属含量被认为是太阳能发展出行星系统的关键，因为行星是由累积的金属物质形成的。（2）内太阳系。内太阳系在传统上是类地行星和小行星带区域的名称，主要是由硅酸盐和金属组成的。这个区域挤在靠近太阳的范围内，半径还比木星与土星之间的距离还短。
4颗内行星（水星、金星、地球、火星）或是类地行星的特点是高密度、由岩石构成、只有少量或没有卫星，也没有环系统。它们由高熔点的矿物，像是硅酸盐类的矿物，组成表面固体的地壳和半流质的地幔，以及由铁、镍构成的金属核心所组成。4颗中的3颗（金星、地球和火星）有实质的大气层，全部都有撞击坑和地质构造的表面特征（地堑和火山等）。内行星容易和比地球更接近太阳的内侧行星（水星和金星）混淆。行星运行在一个平面，朝着一个方向。（3）中太阳系。太阳系的中部地区是气体巨星和它们有如行星大小尺度卫星的家，许多短周期彗星，包括半人马群也在这个区域内。此区没有传统的名称，偶尔也会被归入“外太阳系”，虽然外太阳系通常是指海王星以外的区域。在这一区域的固体，主要的成分是“冰”（水、氨和甲烷），不同于以岩石为主的内太阳系。
在外侧的4颗行星，也称为类木行星，囊括了环绕太阳99％的已知质量。木星和土星的大气层都拥有大量的氢和氦，天王星和海王星的大气层则有较多的“冰”，像是水、氨和甲烷。有些天文学家认为它们该另成一类，称为“天王星族”或是“冰巨星”。这4颗气体巨星都有行星环，但是只有土星的环可以轻松地从地球上观察。“外行星”这个名称容易与“外侧行星”混淆，后者实际是指在地球轨道外面的行星，除了外行星外还有火星。（4）外海王星区。在海王星之外的区域，通常称为外太阳系或是外海王星区，仍然是未被探测的广大空间。这片区域似乎是太阳系小天体的世界（最大的直径不到地球的1/5，质量则远小于月球），主要由岩石和冰组成。（5）太阳系最远的区域。太阳系于何处结束，以及星际介质开始的位置没有明确定义的界线，因为这需要由太阳风和太阳引力两者来决定。太阳风能影响到星际介质的距离大约是冥王星距离的4倍，但是太阳的洛希球，也就是太阳引力所能及的范围，应该是这个距离的1000倍以上。
太阳系的探测活动
数千年以来直到17世纪的人类，除了少数几个例外，都不相信太阳系的存在。地球不仅被认为是固定在宇宙的中心不动的，并且绝对与在虚无缥缈的天空中穿越的对象或神祇是完全不同的。
当哥白尼与前辈们，以太阳为中心重新安排宇宙的结构时，仍是在17世纪最前瞻性的概念，经由伽利略、开普勒和牛顿等的带领下，才逐渐接受地球不仅会移动，还绕着太阳公转的事实。
太阳系的第一次探测是由望远镜开启的，始于天文学家首度开始绘制这些因光度暗淡而肉眼看不见的天体之际。
伽利略是第一位发现太阳系天体细节的天文学家。他发现月球的火山口，太阳的表面有黑子，木星有4颗卫星环绕着。惠更斯追随着伽利略的发现，发现土星的卫星泰坦和土星环的形状。后继的卡西尼发现了4颗土星的卫星，还有土星环的卡西尼缝、木星的大红斑。
1705年，爱德蒙·哈雷认识到在1682年出现的彗星，实际上是每隔75～76年就会重复出现的一颗彗星，现在称为哈雷彗伽利略星。这是除了行星之外的天体会围绕太阳公转的第一个证据。
1781年，威廉·赫歇尔在观察一颗它认为的新彗星时，在金牛座发现了联星。事实上，它的轨道显示是一颗行星，天王星，这是第一颗被发现的行星。
1801年，朱塞普·皮亚齐发现谷神星，这是位于火星和木星轨道之间的一个小世界，而一开始它被当成一颗行星。然而，接踵而来的发现使在这个区域内的小天体多达数以万计，导致它们被重新归类为小行星。
到了1846年，天王星轨道的误差导致许多人怀疑是不是有另一颗大行星在远处对它施力。埃班·勒维耶的计算最终导致了海王星的发现。
在1859年，因为水星轨道近日点有一些牛顿力学无法解释的微小运动（“水星近日点进动”），因而有人假设有一颗水内行星祝融星（中文常译为“火神星”）存在；虽这一运动最终被证明可以用广义相对论来解释，但某些天文学家仍未放弃对“水内行星”的探寻。
为解释外行星轨道明显的偏差，帕西瓦尔·罗威尔认为在其外必然还有一颗行星存在，并称之为X行星。在他过世后，他的罗威尔天文台继续搜寻的工作，终于在1930年由汤博发现了冥王星。
但是，冥王星是如此的小，实在不足以影响行星的轨道，因此它的发现纯属巧合。就像谷神星，它最初也被当作行星，但是在邻近的区域内发现了许多大小相近的天体，因此在2006年冥王星被国际天文学联会重新分类为矮行星。
在1992年，夏威夷大学的天文学家大卫·朱维特和麻省理工学院的珍妮·卢发现1992QB1，被证明是一个冰冷的、类似小行星带的新族群，也就是现在所知的柯伊伯带，冥王星和卡戎都是其中的成员。
米高·布朗、乍德·特鲁希略和大卫·拉比诺维茨在2005年宣布发现的阋神星是比冥王星大的离散盘上天体，是在海王星之后绕行太阳的最大天体。
自从进入太空时代，许多的探测都是各国的太空机构所组织和执行的无人太空船探测任务。太阳系内所有的行星都已经被由地球发射的太空船探访，进行了不同程度的各种研究。虽然都是无人的任务，人类还是能观看到所有行星表面近距离的照片，在有登陆器的情况下，还进行了对土壤和大气的一些实验。
第一个进入太空的人造天体是苏联在1957年发射的“史泼尼克一号”，成功的环绕地球1年之久。美国在1959年发射的“先驱者6号”，是第一个从太空中送回影像的人造卫星。
第一个成功的飞越过太阳系内其他天体的是“月球1号”，在1959年飞越了月球。最初是打算撞击月球的，但却错过了目标成为第一个环绕太阳的人造物体。“水手2号”是第一个环绕其他行星的人造物体，在1962年绕行金星。第一颗成功环绕火星加加林的是1964年的“水手4号”。直到1974年才有“水手10号”前往水星。
探测外行星的第一艘太空船是“先驱者10号”，在1973年飞越木星。在1979年，“先驱者11号”成为第一艘拜访土星的太空船。“旅行者计划”在1977年先后发射了2艘太空船进行外行星的大巡航，在1979年探访了木星，1980年和1981年先后访视了土星。“旅行者2号”继续在1986年接近天王星和在1989年接近海王星。“旅行者”太空船已经远离海王星轨道外，在发现和研究终端震波、日鞘和日球屋顶的路径上继续前进。依据NASA的资料，两艘“旅行者”太空船已经在距离太阳大约93天文单位处接触到终端震波。
载人的探测目前仍被限制在邻近地球的环境内。第一个进入太空（以超过100千米的高度来定义）的人是苏联的太空人尤里·加加林，于1961年4月12日搭乘“东方一号”升空。第一个在地球之外的天体上漫步的是尼尔·阿姆斯特朗，他是在1969年的“太阳神11号”任务中，于7月21日在月球上完成的。
美国的航天飞机是唯一能够重复使用的太空船，并已完成许多次的任务。在轨道上的第一个太空站是NASA的太空实验室，可以有多位乘员，在1973～1974年间成功地同时乘载着3位太空人。第一个真正能让人类在太空中生活的是前苏联的“和平号”空间站，1989～1999年在轨道上持续运作了将近10年。它在2001年退役，后继的国际空间站也从那时继续维系人类在太空中的生活。
在2004年，“太空船1号”成为在私人的基金资助下第一个进入次轨道的太空船。同年，美国前总统乔治·布什宣布太空探测的远景规划：替换老旧的航天飞机、重返月球，甚至载人前往火星。
星云和“宇宙岛”
早在18世纪后期，西方的天文爱好者中兴起了搜寻彗星的热潮，拥有天文望远镜的人都愿意花费许多时间巡视星空，人们期盼发现太阳系的新成员。结果在搜寻彗星的观测过程中，人们发现太空中还有一些模糊朦胧的云状天体（位置固定），后来称为星云。在1745年以前，人们大约已发现了20多个星云。
法国天文学家梅西耶在搜寻彗星的工作中，也发现了一些星云和星团。为了天文观测研究的需要，他于1786年前后，着手编制了一个星云、星团表，其中记载了大约103个星云、星团的位置。这个表叫做《梅西耶星云星团表》。
后来，人们把属于《梅西耶星云星团表》里的天体，加上一个M进行编号，例如M31、M1和M13，分别表示仙女座大星云、金牛座蟹状星云和武仙座球状星团。
到1888年时，人们所知的星云、星团已经达到了7840个。丹麦天文学家德雷尔订正了约翰·赫歇尔的《星云总表》，在表中列出了5079个天体。在此基础上，他于1895年出版了《幸运星团新总表》，英文简称NGC。
不久，德雷尔又出版了《补编》（英文简称IC），二者合在一起总计15000个星云、星团。现代天文学家提到星云、星团的时候，通常引用NGC和IC的编号数。例如，著名的蟹状星云称为NGC1952，这是因为在德雷尔表上它是第1952个登记入表的。
1750年，英国天文学家赖特曾猜想这些“星云”中的某些可能是独立的庞大恒星系统。1755年，德国哲学家康德发表了《自然通史和天体论》一书，在书中，康德以他超人的睿智提出，银河系在宇宙中绝不是孤立的恒星集团，在太空里还有大大小小的天体系统星罗棋布，宛如辽阔的海洋中的岛屿，成群成团，数不胜数。他称之为“宇宙岛”。
当时，威廉·赫歇尔观测到有些星云的确是由许许多多的小星星构成的，率先证明了康德宇宙岛假说。但是他也发现了一些星云分辨不出星星，它们的确是由尘埃、气体构成的真正的星云，例如弥漫星云、行星状星云等。
1845年，爱尔兰天文学家罗斯自制成口径约182米的大望远镜，它虽然很笨重，需要4个人才能操纵它，但还是作出了一些重要的观测发现。罗斯用它辨认出了一些云雾状的天体，仔细看去它们呈漩涡状，所以后来康 德就叫做漩涡星云；在观测中，他还证实了许多赫歇尔曾认为是“星云”的天体实际上是星团。罗斯发现M51有独特的螺旋状结构，他根据M51的外貌特征，推测该星云是一个巨大的、自转的漩涡星系。
星云到底是由恒星构成的，还是由气体构成的呢？英国天文学家哈根斯、美国天文学家柯蒂斯以及沙普利，于20世纪初分别对多个星云进行了观测分析，但存在很大的分歧。1920年4月24日，美国科学家在华盛顿召开了“宇宙的尺度”学术研讨会。当时以沙普利为一方，柯蒂斯为另一方，双方就漩涡星云究竟有多远，漩涡星云是由恒星还是气体组成的，为什么漩涡星云都避开银道面三个问题展开了激烈的争辩。
这是近代天文学史上有名的一次科学大辩论，鉴于这次辩论在星系研究历史上的重要地位，后来得名为“伟大的辩论”。当时，由于他们都提不出令人信服的充分证据，并没有互相说服。因为那时的观测水平不足以作出决定性的判断。
直到几年之后，美国天文学家哈勃使用新型望远镜观测，才得出划时代的具有决定性的观测结果。原来，在茫茫的大宇宙中，还有数不清的“银河系”，它们一般称为“河外星系”，我们的银河系只不过是大宇宙中的“沧海一粟”罢了。
哈勃的巡天还观测表明，宇宙中存在着许多大小和不同类型的星系。哈勃曾对星系做过科学的分类，迄今仍作为星系分类的基础。根据星系核球的大小和旋臂伸展程度，一般把星系分为椭圆星系、漩涡星系、棒旋星系、不规则星系和矮星系。前4种星系是就其形状而言，而最后一类则是按照星系大小来说的。因此，河外星系可以有矮漩涡星系或矮不规则星系等；也可以有巨漩涡星系或巨不规则星系等。
仙女座大星云就是一个典型的具有漩涡状的星系，我们的银河系也属于漩涡状星系。漩涡星系的主体结构是：中心一球状或椭球状的核心部分称为核球，其外一薄薄的圆盘即星系盘，从核球两端延伸出2条或2条以上的旋臂叠加在星系盘上；主体部分的外面是一个近于球状的结构稀疏的晕，称为星系晕。像银河系这样的漩涡星系均有若干条旋臂，它们沿着一个半圆弧往外旋出。
椭圆星系是卵状的，其大小一般可达银河系的3倍。棒状星系属于具有漩涡状结构的一种星系。与漩涡星系不同的在于，它的旋臂是从一个棒状结构物两端向外伸出的。不规则星系的外形不规则，没有明显的核心和旋臂，也没有明显的对称结构。例如，位于南天的以葡萄牙航海家命名的大、小麦哲伦星系就属于不规则星系。
在观测河外星系时，人们发现除了不规则星系和一些较暗、小的星系（常称为矮星系）之外，绝大多数星系都有1个或几个尺寸很小却异常明亮的团块，称为星系核。关于星系核的构成现在还不清楚，但大都现出较强的辐射，辐射波段范围也较星系其他部分宽一些，有的甚至表现出喷射或爆发等剧烈的活动现象。
20世纪末到21世纪初，人们通过对河外星系的广泛研究，发现了许多性质特殊的河外星系，这些星系称为活动星系。这些星系有一个共同的特点，即它们的中心都有一个处于猛烈活动状态的星系核。
与恒星类似的是，星系也有成双、成群、成团的现象。例如，“哈勃空间望远镜”发现，作为海外漩涡星系的仙女座大星云存在2个星系核，是一个合并的星系。此外，银河系、仙女座大星云、三角座漩涡星系和大、小麦哲伦星系等40多个星系构成了一个星系群，称为本星系群。本星系群的半径约300多万光年，其近邻有室女座星系团，它包含2500个以上的各类河外星系，星系团中心距离我们6000多万光年。
一般来说，由2个以上的星系团组成的星系集团称为超星系团，对于由1个星系团和许多星系群组成的星系集团也称为超星系团，即它由本星系群和大熊星系团、室女星系团，以及其他50来个较小的星系群和星系团一起组成的，其直径约1亿光年，中心在室女座星系团方向。几年前，已观测到的星系团总数超过了1万个，一个星系团可包括几十个、几百个乃至几千个星系。
也许有的读者会提问，宇宙空间究竟有多少星系？这是一个无法准确回答的问题。不过我们简略回顾一下，早在1934年，哈勃在研究星系的空间分布时，已经观测到44000个以上；1990年哈勃空间望远镜上天以前，天文学家知道的亮于20星等的星系至少有2000万个；近年来，哈勃空间望远镜陆续发现了成千上万个星系。据估计，我们的宇宙中至少有2000亿个星系。
日食的主角——太阳
我们在前文中已经讨论了日食和月食演出的大舞台——宇宙空间。在本章内容中，我们将着重来谈论一下日食的主角——太阳。如果说太阳是饰演日食的主角，那它绝对是宇宙中炙手可热的重量级明星。
人们常说“万物生长靠太阳”。如果没有太阳，或者说太阳休息要几年，地球上将会是何种状况呢？毫无疑问，地球上的一切都将不复存在了。而日食，尤其是日全食，就是要太阳暂时休息的一幕电影。
好在，这幕电影演出的时间并不长，而且演出的也不是很频繁。正因为这样，日食这幕电影不但没有给人类带来什么大的灾难，反而给人们带来了很多乐趣。
宇宙中的重量级明星
站在地面看太阳，红红的，明亮的，光芒四射，十分平静和安宁。但这不是太阳上的真实情况。肉眼看到的太阳已经“化妆”过了。
在北京天文馆的主厅里悬挂着一幅日面景色图：圆圆的日面上火舌翻卷，气浪升腾，高高的气体柱一直上升到50万千米高的日面上空。上升的气体达到一太 阳定高度后，不再继续往上飞，而是瓦解飞散，纷纷扬扬落回太阳表面，好像天女散花似的。
这还是一幅粗粗一瞥的太阳活动图画。仔细观察，太阳表面景色比这壮观得多呢！你若用较大的天文望远镜拍摄太阳照片，整个日面布满了密密麻麻的明亮斑点，像水中气泡，锅中米粒，又像跳动的珍珠。这是太阳上的“米粒”，天文学上叫做米粒组织。
把望远镜所成的太阳像投影到望远镜后面的投影屏上，璀璨晶莹的日面上出现一些黑暗的斑点，它们或者结伴而行，或者单个而立。有的威风凛凛在前面开路，有的神气十足在后面督兵。这是大名鼎鼎的太阳黑子。
假如你用快速摄影机拍摄一部太阳活动区影片，那更是生气勃勃，趣味盎然。看过这种影片的人，没有不拍手叫绝的。那里不仅有翻卷的火舌，飞腾的气浪，抛射的物质，还有比原子弹和氢弹爆炸激烈得多的太阳耀斑。影片里缓缓蠕动的太阳活动区物质，更是风云跌宕，妙不可言。
对于人类来说，太阳系是宇宙中最重要的星系，它幅员辽阔，成员众多。在这个家庭中，太阳是个头号“大个子”，所以我们说它是宇宙中的重量级明星。
八大行星、几千颗小行星、卫星和流星，都不能和它相比。在我们的想象中，地球可算硕大无比了，它上面有大洲、大洋、高山、深涧，有一百几十个国家，有60多亿人口，绕它赤道一圈有40000千米长。这样的世界还不大吗？
然而地球的直径只有太阳的1/109。木星是行星世界的“巨人”，它的直径是地球的11倍。若把木星和太阳作比较，10个木星直径才能抵得上1个太阳直径。
德国有个天文学家，名叫威特曼，专门测量了太阳的大小。他在瑞士洛克尔诺天文台，用针孔摄影机对准望远镜焦点上太阳像，进行了246次光电扫描，测出太阳直径为1392530千米。
如果我们要想从太阳直径的一端走到另一端，乘速度为60千米/时的普通火车，即使昼夜不停地行驶，也得2年零25天。木 星要说火车速度太慢，我们来看看“神仙”走完这段距离情况吧。《西游记》里有个神通广大的孙悟空，一个筋斗就是十万八千里（54000千米），天上人间随意行走，再遥远的路程几个筋斗就到了。可是，就是孙悟空要从太阳直径的一端走到另一端，也得翻上26个筋斗。
根据太阳直径，立刻就能计算出它的体积来。太阳体积是140亿亿立方千米，大约是地球的130万倍。就是说，在它里面可以装得下130万个地球。这个明星个头可真够大啊！
也许你会说，个头大也不一定是重量级明星啊！那好吧，如果给太阳称称体重，你就会心悦诚服了。
给太阳称体重？真新鲜！这么大一个火球，烈火熊熊，气浪冲天，又和地球相隔15亿千米，怎么提得起来？用什么秤去称？
说起称太阳，还得从伦敦的瘟疫谈起。1665年，在英国首都伦敦发生了一场瘟疫，被传染的人不死也被折磨得九死一生。人们害怕瘟疫，纷纷从首都逃离。一时，繁华热闹的伦敦街头变得冷冷清清。
为了躲避瘟疫，剑桥大学不得不放假，学生们因此纷纷回家乡去了。牛顿当时也在剑桥大学，他也因此回到了家乡林肯郡。
一天夜晚，在深沉的夜色中，一轮明月高高挂在天空，显得无比幽静而神奇。这时，年轻的牛顿独自坐在自己家的果园里沉思。
突然，一只苹果从树上掉了下来，落在牛顿脚边。这个不为人注意的自然现象，却触动了牛顿的“灵感”，从此他就经常观察物体下落的现象，探索物体下落的原因。他得到这样的结论：一切物体向地面降落是因为地球在吸引它们。他又问自己：月亮为什么不落到地面上来呢？经过研究，他把物体之间相互吸引的问题进一步推广到月亮、行星和一切天体。这就形成了万有引力定律。
在牛顿以前，曾经有人猜想，引力是和距离平方成反比的。牛顿想证明这个猜想。可是当时没有精确的地球半径数值，牛顿无法完成自己的证明。没办法，他只好等待。
1671年，法国天文学家皮卡尔测得了比较精确的地球半径数值。这一消息传到牛顿耳朵里，他立即采用这个数值进行计算。越计算，他预期的结果越明显，以致使他激动得无法继续计算下牛 顿去，不得不由他的朋友代他继续计算。
经过牛顿的精心研究，万有引力定律问世了。这个定律指出，万物彼此吸引，吸引的力量大小与参加吸引的物质的质量成正比，与它们之间的距离平方成反比。
万有引力定律为天文学家称天体提供了重要的科学秤，从此“称”太阳质量就有了可能。利用万有引力定律作秤，用地球作秤砣，天文学家测量出太阳质量是地球的33万倍。这就是说，如果把太阳放在天平上，用地球作砝码，需要加33万个地球在天平的另一端，天平才能平衡。地球的质量是60万亿亿吨，因此，太阳的质量是2000亿亿亿吨。
太阳质量在太阳系各成员中是最大的。据计算，太阳系的质量99％以上集中在太阳上。由于太阳具有巨大的质量，所以它的吸引力是很大的。太阳所以能成为宇宙中的重量级明星，紧紧地把太阳系中的所有成员都拉在自己周围，给它们规定运行的路线、行动的速度和各自的地位，都是靠它的强大的吸引力。
太阳对它表面物质的吸引力是地球的275倍。就是说，一个体重160千克的人，如果到了太阳上，他的体重将变成1650千克。不要说烈火熊熊的太阳表面人们无法上去，就是将来防温隔热的问题解决了，人类也休想登上太阳！因为到了那里，强大的太阳吸引力会把人压垮的。
太阳质量虽大，但它的密度只有地球的1/4，即141克/立方厘米，不到水密度的15倍。太阳的密度是很不平均的，太阳中心集中了很多物质，密度为160克/立方厘米，是黄金密度的8倍；而在太阳外面大气层里，物质则稀薄得像轻纱，比鸿毛还轻。
“炙手可热”的大明星
人们在形容明星时常常会使用“重量级明星”或“炙手可热”来形容。太阳不但是宇宙中的重量级明星，也是一个非常红火的明星。
雄伟壮观的太阳是一个大火球。同地面上的火相比，太阳上的火才称得上真正的大火。地球上燃烧数百吨干柴时，浓烟滚滚，烈焰腾腾，火舌乱舔，劈劈啪啪的爆裂声中，一堆干柴化为灰烬，其火势可谓大矣！
然而，这样的火远远没有原子弹和氢弹爆炸时的火势大。原子弹和氢弹爆炸时，轰隆隆一阵巨响之后，半空中腾起一股巨大的蘑菇云。火光闪闪，数十千米之外都能看见。至于它的热辐射原子弹爆炸更有摧枯拉朽功能，所到之处，一切东西都将着火焚烧，其势不比干柴燃烧大得多吗？
然而，原子弹和氢弹爆炸的火同太阳上的火相比，又是相形见绌了。太阳表面的温度是5700度，内部的温度还更高，据理论推算，太阳内部高到1500万～2000万℃。试想地球上哪里找得到这样高的温度？
炎热的夏天，人们汗流浃背，闷热难熬，那时的温度不超过4℃。炼钢炉内的温度高到能把钢铁熔化成“水”，然而这个温度只有1000多℃。地面上最难熔的金属是钨，所以电灯泡里用钨丝作灯丝。
我们知道，电灯泡里通上电流，灯丝就发出明亮的光焰，而电流一断，灯丝就恢复原状。然而钨若放到太阳表面上，它就不能像在地球上这样安然无恙了，到了太阳上，最难熔化的钨也要化成蒸气。
在18世纪的时候，化学家们都拿金刚钻没办法，因为它太顽固了，什么也不怕，连用火烧都烧不毁它。当时把它当做一种特殊的物质。
一位贵妇人知道金刚钻的特性后，觉得很奇怪，便慷慨解囊，拿出几颗金刚钻和红宝石送给化学家们做实验。
化学家们把这些珍贵礼物小心翼翼地放在一只耐高温的坩埚里，把口密封好，搁在熔炉里用火烧。熔炉烧到铁和玻璃熔化的温度后，又继续对盛金刚钻和红宝石的坩埚燃烧了24小时。之后，拿出来一看，红宝石还好好地保留在里面，而金刚钻却不见了。化学家为此很伤心，因为价格昂贵的金刚钻白白地消失了，什么结果也没得到。
这次实验失败在于没有及时观察金刚钻的熔化过程。吸取了教训，化学家们改进了实验方案，他们请磨镜师替他们磨了一只30厘米的放大镜用来聚集太阳光熔化比熔炉里高得多，否则在熔炉里不能溶化的红宝石怎么会烧毁了呢？
后来，俄国天文学家维·康·柴拉斯基重新做了上面的实验，不过他不是用放大镜来聚集阳光，而是用一块直径1米的凹面镜，把它对准太阳后，在凹面镜的焦点上便出现了一个小分币大小的太阳像。他把一根白金丝伸进太阳光束之中的太阳像里，白金丝立刻弯曲起来，像蜡做的一样融化了。
由此可知，太阳光束里的温度肯定比白金熔化的温度高。白金熔化的温度是1770℃，因此太阳表面温度在1770℃以上。后来柴拉斯基又测出太阳像里的使白金熔化的温度是3500℃，因此当时推测，太阳表面温度在3500℃以上。
现在知道，太阳表面温度是5700℃。这个温度不是用放大镜或凹面镜聚集阳光测出来的，而是用一种叫做光谱分析的方法测量出来的。
太阳上不仅火很大，温度很高，光线也很强的。又一位科学家想亲眼看一看太阳表面的情况，冒险对它看了一眼。这一眼造成了终身遗憾！科学家的眼睛被强烈的阳光烧坏了。看了太阳一眼，瞎了一辈子。
在美国有过这样的现象：每年秋天来临的时候，医院里的看神经的病人逐渐增多起来。这些“病人”既不是口吐白沫、眼睛往上翻的精神病患者，也不是胡言乱语、喜怒无常的疯子，他们是所谓“季节情感失调症”患者。
大多数“病人”在向医生诉说：“一到初秋时节，随着白天变短，黑夜变长，便出现烦躁、忧虑、嗜眠、关节疼痛、食欲激增和性欲减退。”
精神病专家卢森梭博士对这种“病”进行了研究。他经过查资料、翻阅病例，同有关科学家谈论，最后认为这种“病”是日照时间变化引起的。于是他想用延长“日照”时间的办法来治疗“季节性情感失调症”。他用日光灯代替阳光给“病人”照射。
幸好，卢森梭博士不是天文学家，也没有按照天文学家的办法去做。他要是天文学家，或者按照天文学家的办法，先计算一下太阳光多强，然后按照太阳光线的强度安装日光灯，他的试验方案就实施不成了。因为照在大气层外每平方米面积上的太阳光的热量是1360瓦，要安装日光灯模拟太阳光的话，每平方米面积上要装上34只40瓦的日光灯。这样，“病人”还能治疗吗？
卢森梭博士简单地用日光灯象征性地给“病人”照射，居然收到了良好的效果，大多数“病人”经过2～3天的治疗，症状明显地缓解。真是出奇制胜啊！
对于像卢森梭博士这样的“外行出奇制胜”当然是不能过多地评头品足的，但作为“内行”的物理学家要是这样做就不足取了。物理学家描述发光体发出光线的强和弱，通常用物理量——发光强度来表示，它的单位是坎德拉。1坎德拉大体上相当于点燃一支标准蜡烛时所发出的光。
把太阳光和已知的标准光源进行比较，得到太阳在天顶时照在地面上的阳光要比1米远处同时点燃10万支标准蜡烛还亮。我们有这样的体会：从炼钢炉里出来的钢水散发的热气是非常强的，离它不远的人，身上的衣服都会烤焦，所以炼钢工人都穿着厚厚的防温隔热的工作服。离钢水远一点，热气就少一点。离得再远一点，热气就再少一点。离钢水越远，热气就越少。
一般说来，热气的强弱同到钢水的距离平方成反比。太阳光也是一样。根据太阳的发光能力和太阳到地球的距离，计算出到达地球大气层外面的太阳光是3000亿亿亿坎德拉。由于地球大气的吸收等作用，到达地面的阳光大约是2500亿亿亿坎德拉。
由地球大气层外面接收的太阳热量反推到太阳上，整个太阳每秒钟发射的热量是37亿亿亿焦耳。假如在太阳和地球之间架一座直径3千米的冰柱桥，这可是巍峨壮观的巨大建筑物。但是，这样的建筑物，太阳在1秒钟内放出的热量就可以把它溶成水。现在大家知道太阳到底有多热了吧！我们用“炙手可热”这个词来形容它是一点也不为过的。
太阳不是标准的球体
1859年，法国天文学家勒威耶在计算水星轨道时，发现水星轨道近日点在空间不是固定的，这一现象叫做水星轨道近日点进动。勒威耶当时认为，这一现象可能是水星受到太阳和其他大行星的吸引造成的。于是他把太阳和其他大行星的吸引一一加进去进行计算。
可是费了很长时间，太阳和各大行星可能的吸引都加进去了，计算出来的近日点进动值仍然比观测到的数值小。这个问题引起许多科学家的注意，他们纷纷从自己的研究领域寻找解答。但都没有得到满意的答案。
1916年，世界著名的现代物理学家爱因斯坦提出了广义相对论理论。根据这个理论，所有行星近日点都应当有进动，其中以水星的进动值最大。
详细计算表明，广义相对论给出的水星轨道近日点进动值和实际测量的数值几乎完全相同。于是人们欢呼雀跃，认为水星轨道近日点进动问题解决了，有的人还提出，水星轨道近日点进动问题“是天文学对广义相对论的最有力的验证之一”。
谁知半路上杀出了程咬金。正当人们喜滋滋地庆贺水星轨道近日点进动问题得到解决了的时爱因斯坦候，美国物理学家迪克在20世纪60年代提出一个新理论，来解释水星轨道近日点进动问题。
这个理论称为标量—张量理论。根据这个理论，太阳自转与小朋友玩的陀螺转动不同。小朋友玩陀螺时，鞭子一抽，陀螺便嗡嗡地转动起来。仔细观察，陀螺上各点的转动速度是不一样的，中间鼓出的部分，转动速度最快；两端尖尖的部分，转动速度几乎为零。
换句话说，陀螺转动时，离旋转轴越近，旋转速度越小；离旋转轴越远，旋转速度越大。而迪克理论认为，太阳是气体，它的自转速度正好和陀螺相反，离旋转轴越近，旋转速度越快。太阳内部的旋转速度约比它表面快20倍。
这种反常的自转，会对水星轨道位置产生一定影响，因而造成了水星轨道近日点进动。仔细计算发现，只要参数选取得合适，它对水星轨道近日点进动的影响也和观测值相符。
两种理论都能解释水星轨道近日点进动，谁对谁错呢？理论上的矛盾一般由实验来评判。天文学的实验就是观测。
标量—张量理论的立足点是：太阳内部的旋转速度比它表面快20倍左右。这个问题得到证实，问题就解决了。另一方面，这个问题又涉及太阳的形状。如果迪克理论成立，太阳就不是一个标准的圆球，而有45/10万的扁率。
为了验证自己的理论，迪克和他的同事们设法测量太阳的扁率。他们设计了一架专用的望远镜，对太阳进行了初步测量。1967年公布了测量结果，观测值正好和迪克理论所要求的数值相符。
这个结果一公布，立刻掀起一场轩然大波。迪克理论支持者们高兴得手舞足蹈，他们庆幸标量—张量理论的胜利，欢呼广义相对论的失败。
情况真是这样吗？一些科学家冷静地思索之后，对迪克等人的测量产生了疑问。因为这项测量实在太困难了，地球大气稍微有一点湍动，就会使测量结果出现很大误差。
因此，另一位美国科学家希尔重新组织人力，制造仪器，精心选择观测地址，认真地进行观测。在1973年，他们又公布了一批观测结果：太阳的扁率不到1/100万。
显然，这个数字比迪克等人预计的小得多。于是迪克理论又败下阵来，广义相对论又转败为胜。
关于广义相对论和标量—张量理论谁胜谁负，我们且不去议论它。有趣的是，这场争论引出一个副产品：太阳至少有1/100万的扁率。
这就是说，太阳不是一个标准的圆球，而是一个赤道部分隆起、两极部分凹下的扁球体。这个扁球体的赤道半径比极半径大65千米。这65千米之差，对如此庞大的太阳来说，当然是微不足道的，但它的存在说明，太阳也像我们地球一样，不是标准的球体。
太阳光球与太阳黑子
地球是太阳系中的一个美丽的绿洲，树木葱茏，鲜花盛开，香飘四野，馥郁芬芳。鸟在空中飞，鱼在水底游，人在地面走，到处是生气勃勃的生命活动。
地球上生命活动的能量来自什么地方呢？大部分人都知道答案是太阳。
那么，太阳上的能量怎么传到地面来呢？大部分人也知道这个问题的答案，它是由太阳光传输。没有太阳光源源不断地输送能量，地面的一切生命活动都不能存在。
如果我们打破沙锅问到底，再问一句：太阳光从哪里发出来的呢？恐怕知道这个问题答案的人就不多了。
在太阳大气层里，有个叫光球的地方，位于对流层的外面，是太阳大气的最底层，厚度大约500千米，压力不到1/10000百帕，几亿亿立方厘米的物质质量才有1克。这便是太阳光发出的地方。我们平时看到的圆圆的日面，就是这个区域。
光球是太阳的一扇敞开的大门，输送能量的太阳光就是从这里发出的。当然，太阳上发射光线的地方，不仅仅在光球一层，其他层次也有。但是，光球物质对光线的吸收和散射相当强烈，以致稀薄的光球大气能够像地球大气中浓雾那样，把太阳内部发射的光线深深挡住。所以，只有光球发射的光线才能向宇宙空间发射。
光球是璀璨晶莹的，但这璀璨晶莹的光球不是洁白无瑕的，在这里有许多结构，例如临边昏暗、米粒组织、光斑、黑子等。
仔细观察，光球上的亮度是不均匀的，最明显的特征是太阳边缘比日面中心暗，这就是临边昏暗。这是光球各部分温度分布不均匀造成的。日面中心的光来自光球较深层次，这里温度较高，所以辐射明亮；日面边缘的光来自光球较浅层次，这里温度较低，所以辐射较暗。测量表明，光球的温度同它里面的高度有关，在光球上层，温度是4500℃，愈往下愈高，到光球底部，温度上升到5700℃。平常所说的太阳表面温度，就是光球底部的温度。
光球中的临边昏暗、米粒组织、光斑、黑子等在科学家的研究当中，要数对黑子的研究时间最长了。早在古代社会，我国的科学家就对太阳黑子进行了记录。
但是，肉眼观测太阳黑子受到很大限制，一般只能在特殊的天气条件下，即日光减弱很多时才能观测，否则，强烈的日光会把观测者眼睛灼坏的！
科学地观测太阳黑子是从伽利略开始的。伽利略是用望远镜观测的。伽利略最先用望远镜观测星空，但他不是望远镜的发明人。望远镜是一个小孩在玩耍中无意发现的。
荷兰有个名叫伯希的磨镜师，带了一个徒弟。一天，伯希外出有事，徒弟在家没有事做，感到无聊，就拿几块镜片一前一后地摆着玩。当他顺着镜片重叠的方向望去时，惊呆了！原来，他在镜片里看到一只毛茸茸的凸眼睛怪物，挥动着前爪向他爬过来。他吓得把镜片扔掉了。
扔掉镜片，怪物又不见了。镇定下来后，再向镜片重叠的方向望去，原来，怪物是一只在窗户上爬行的大苍蝇。小学徒又拿起镜片望窗户，这下他没有看到苍蝇，而看到远方钟楼一下子跑到跟前来了。他放下镜片，钟楼又回到原来的地方。
伯希回来后，小学徒把看到的一切绘声绘色地描述了一番。伯希再试验，也看到了同样的现象。后来，伯希做了一根长管子，把镜片安装在管子两端，用来看远处东西，东西也变近了。于是他制了几百架这样的管子，卖给有钱的人，取名为光管。光管很快传遍了欧洲。
伽利略从他学生哪里知道光管后，便由光管构思出天文望远镜。伽利略的望远镜是世界上第一架望远镜，至今还保存在意大利佛罗伦萨博物馆中。
伽利略用一块黑色玻璃放在望远镜后面，观察太阳时，洁白晶莹的日面上顿时显出一些黑色斑点。这使他感到莫大的迷惑与惊讶。当时，教会在欧洲占据统治地位。按照教会的教义，太阳是一个光洁无瑕的白玉盘。这完美无缺的太阳上怎么会有黑点呢？
当时有个笑话：一个名叫希纳尔的人也用望远镜看到了太阳上的黑斑。他见此情景，不可思议，十分惊骇，急忙去报告神父。谁知那位无知而又自命不凡的神父没等希纳尔说完，就不耐烦地打断他的话说：“去吧，孩子，放心好了。这一定是你的玻璃或者你的眼睛上有缺陷，使你错把它当成太阳上的黑点了。”在这种情况下，伽利略对自己的发现十分谨慎。
伽利略继续观测了数日，事实证明，日面上确实存在黑子，而且每天在日面上从东到西移动，大约14天穿过整个日面。
1612年，伽利略公布了自己的发现。他在给佛罗伦萨大公科西莫二世的报告中说：“反复的观测最后使我相信，这些黑子是日面上的东西，它们在那里不断地产生，也在那里瓦解，时间有长有短。由于太阳大约1个月自转一周，它们也被太阳带着转动。黑子本身固然很重要，而其意义则更深远。”
现在，科学家们已经知道，太阳黑子是光球上局部区域里的炽热气体再告诉运动中所形成的巨大漩涡。黑子并不真正是黑色的，一个大黑子的辐射比十五的月亮还要强烈。因为它在运动中把一些能量消耗掉了，所以同光球背景相比，它的温度低一些，因而显得黑一些。
黑子有大有小，小黑子直径几千千米，存在几天时间。大黑子直径可达几十万千米，寿命可达1年以上。一个充分发展的黑子，由较暗的核和周围较亮的区域组成，中间较暗的核叫本影，周围较亮的区域叫做半影。
黑子大多数是成群出现的，有时才偶尔见到单个黑子。复杂的黑子群由大小不等的几十个黑太阳黑子子组成。小黑子分布在大黑子周围。一群黑子中往往有2个主要黑子，偏西的一个叫前导黑子，偏东的一个叫后随黑子。
黑子群的发展过程大体是：最初出现1～2个雏形黑子，它们叫做小孔。几天以后，面积扩大，出现半影、本影，出现前导黑子和后随黑子。然后面积再增大，距离边缘，出现许多小黑子，形成一个羽翼丰满的庞大黑子群。最后，黑子逐渐衰落，半影消失，本影缩小，留下一些残剩的磁场。
色球上熊熊燃烧的烈火
在茫茫草原上，点起一堆堆篝火，远远望去，一块亮，一块暗，星星点点，斑斑驳驳的；走近一看，无数火苗在迎风摇曳，闪动，舔着它周围的枯草、干柴。
这样的景况也出现在太阳上。1980年2月16日的日全食时，我国科学家就看到了色球上的许多小火苗。在月轮完全遮住日面期间，月轮周围现出的火苗的确和草原上的篝火差不多，火焰中还喷射出明亮的细高火柱，像灌木一样散布在色球上。
色球是光球外面的太阳大气，厚度各处不同，平均厚2000千米，温度同高度有关。按照温度可分为3层：①低色球层，厚度大约400千米，温度由光球顶部的4500℃上升到5500℃；②中色球层，厚度大约1200千米，温度随高度缓慢上升，在其顶部达到8000℃；③高色球层，厚度大约400千米，温度随高度急剧上升到几万度。
色球的主要成分是氢离子、氦离子和钙离子。氢离子是红色的，所以它呈玫瑰红色。色球的名字就是由它的颜色而来的。通过色球望远镜观测色球，这里好像一片红色的海洋，给人以美丽、神奇而壮观的感觉。在太阳宁静的时候观察，望远镜视场里是“风平浪静”的，红色海洋上微波不兴。
在太阳活动的时候，望远镜视场里“篝火”点点，火苗乱摇乱窜，不仅视场中央有，边缘也有，而且边缘的火舌窜得很高，所以，人们把太阳色球叫做燃烧的“草原”。这个燃烧的草原是丰富多彩的太阳活动舞台。
在色球上蹿起的火苗是什么呢？太阳主演的日食电影对人们认识这些火苗起到了至关重要的作用。
1842年7月2日，俄国境内发生了一次日全食，吸引了许多人。当日轮被月亮遮住的时候，月亮的四周出现一圈柔和的光芒，并向四周放射很远，活像一只只展翅飞翔的大蝴蝶落在月亮后面。在这些“大蝴蝶”之间，月亮边缘上露出3个晶莹闪亮的“山峰”。这个奇景把所有的目击者都吸引住了：天文学家忘记太阳色球了自己的观测计划，天文爱好者忘记了自己是在“看天”。
这一奇景是什么？以前出没出现过？天文学家感到迷惑了。他们翻阅以前的观测记录，查阅编年史书。啊，明白了，这不是新的现象，以前的人在发生日全食时也曾见到过。科学家找到了关于珍珠色亮冠的记载，史学家提到过日食时出现的太阳火舌。它在我们中国的史书里早有记载，在公元前14世纪的殷代就有明确的记录了。
关于这粉红色景物，曾经提出3种解释：①大多数科学家认为它来源于太阳，是太阳“外壳”的一部分，平时隐没在阳光里，看不见，只有在日全食时，月亮将强烈的阳光遮住了，才能显露出来。②有些科学家不同意这种看法，他们肯定地说：“它们是月亮上的，太阳光把它照亮了，才看到它。”③也有人认为，它们不是实实存在的物体，是幻觉，是根本就不存在的虚无缥缈的东西。
到底是什么？照片作出了公正的回答。1860年7月18日在西班牙发生了一次日食，两位天文学家对它进行了观测。一位带着照相机在地中海畔观测，另一位在西班牙内地。两地相距400千米，他们都拍到了很好的照片。底片冲洗出来一看，月亮后面清清楚楚地露出一圈火舌，而且两地的照片上面的火舌是一模一样的。相距400千米的两地拍到同样的照片，说明这个粉红色的景物绝不是虚无缥缈的幻觉。
后来，天文学家进一步证明，它们是太阳色球上的，是从色球向外喷出的“火焰喷泉”，现代天文学上叫做日珥。
日珥是从色球层喷射出来的火红的物质，温度高达500～800℃。喷出物上升的高度一般在几万千米，个别大的可达到150万千米。迅速隆起的日珥物质在高空中停止上升以后，伸展开来，成为宽阔的浮云，形状千姿百态，有的美如拱桥，有的乱似草芥，有的像节日礼花，有的像天上云霞。由于太阳吸引力很大，大多数日珥物质升到一定高度后又往日面降落，但也有一些扬长而去，成为飘浮在日冕中的“流浪者”。
根据形状和运动特征，日珥可分为6种：宁静日珥、活动日珥、爆发日珥、环状日珥、黑子日珥和冕珥。宁静日珥存在的时间很长，寿命甚至达到1年以上，黑子多的时候，它出现得也多。活动日珥是宁静日珥变化而成的，活动程度较大。爆发日珥出现在黑子附近，光很强，活动性很大。大多数爆发日珥像地面火山喷发那样，以迅雷不及掩耳之势冲出日面几万，甚至上百万千米。
从彩虹开始认识阳光
夏天雨后，美丽的彩虹横贯天空，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，恰似彩练当空舞。好看极了！对我国人民来说，彩虹并不是陌生的自然现象，古人早就知道了。在3000年以前的甲骨文中，就有虹的记载。当时，人们认为虹是雨后出现的龙。彩 虹
到了北宋，沈括和孙恩恭曾对虹作过解释。他们认为，虹是太阳光通过悬在空中的水滴而形成的。但是，太阳光通过水滴为什么会变成美丽的彩虹？白色阳光为什么会有不同的颜色？当时还是个谜。
1609年伽利略把望远镜用于天文观测，开创了光学天文的新时代。但在伽利略时代，望远镜质量非常差，光线通过这种望远镜所成的像总是模糊不清的。这一现象曾经使天文学家伤透了脑筋。然而正是这种使天文学家伤脑筋的现象，给探索太阳光奥秘带来了曙光。
为了改进望远镜的性能，1665年英国著名科学家牛顿开始了一项新的创造性的光学研究。这项研究是在一间不透光的黑屋子里进行的。做实验的时候，牛顿把门窗关得严严实实的，除了事先凿好的小孔以外，不让任何光线射进室里。
事先开凿的小孔允许阳光射进屋里。牛顿在阳光前进的路上放置了一块三棱镜，他想看一看阳光通过三棱镜的情况。装置装好以后，他惊异地发现，白色阳光通过三棱镜后，在对面墙壁上现出了一个五彩缤纷的彩色光带，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，像天空的美丽彩虹。
经过分析，牛顿得出结论：白色阳光不是单一的，而是复杂的，它由各种颜色的光线组成，三棱镜只是把它们区分开来了。
为了进一步探索太阳光的奥秘，牛顿又在三棱镜后面再放置一块同样的三棱镜，让前一块三棱镜后面的彩色光带再通过第二块三棱镜，两块三棱镜颠倒放置。这样一来，新的奇迹出现了，白色阳光通过第一块三棱镜后变成了色彩斑斓的彩色光带，而彩色光带通过第二块三棱镜后，颜色消失了，色彩斑斓的彩色光带又变成了白色阳光，和小孔里射进来的阳光完全相同。
至此，牛顿完全证明了白色阳光由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色的光线组成的。这红、橙、黄、绿、青、蓝、紫组成的彩色光带叫做连续光谱。
像彩虹那样，由红到紫分布的连续光谱是太阳光谱的独一无二的成分吗？这个问题在牛顿之后很长时间没有得到解答。
1802年，英国物理学家渥拉斯顿重新做起了牛顿的实验。不过，他的实验装置不完全和牛顿的相同。他在牛顿装置的三棱镜前面加上一条狭缝，使太阳光经过狭缝后再经过三棱镜。应用这个装置，渥拉斯顿发现，太阳光里除了牛顿发现的连续光谱外，还存在一些暗黑的线条。很可惜，渥拉斯顿的发现没有引起人们的注意，以致埋没了10多年。
1814年，德国物理学家夫琅和费制造出一台分光镜。这种仪器不仅有一块棱镜和一条狭缝，还在棱镜前面加进了一个使狭缝出来的光线成为平行光的装置，在棱镜后面还有一架精密测量光线偏转角度的小望远镜。
夫琅和费用这个装置观测了油灯光。当油灯的光线通过狭缝进入分光镜后，背景上出现了一条条像线一样的明亮线条。这种线条叫做明线光谱。在这些光谱线中，有1对靠得很近的黄色谱线非常突出。他又用酒精灯和蜡烛做实验，这时1对黄线依然存在，而且还在原来的位置上。
夫琅和费又用分光镜观测太阳，他惊异地发现，太阳光同油灯光、酒精灯光和蜡烛光的光谱截然不同，在太阳光的光谱上，不是出现一条条明线光谱，而是在红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的连续光谱上，出现了许多暗线。在1814～1817年期间，夫琅和费在太阳光里发现了500多条暗线。现在我们知道的暗线数目更多。这些暗线就叫做夫琅和费线。
这些暗线是不是偶尔在阳光里见到的呢？不是。在任何一次实验中，都可以看到。显然，它们代表了太阳上某些物质的特征。非常有趣的是，在油灯光、酒精灯光和蜡烛光中1对黄线的位置上，在太阳光谱里出现1对醒目的暗线。
为什么在油灯光、酒精灯光和蜡烛光谱里出现明线的位置上，在太阳光谱上出现暗线呢？当时无人能够回答。
从火灾中认识太阳光谱
1850年，德国化学家本生发明了一种煤气灯，化学家们称它本生灯。由于本生灯几乎是无色的，很受化学家的欢迎。
他们用本生灯炙烧试剂，可以方便地观察到，燃烧的物质不同，火焰的颜色也不相同，从而能分析试剂的成分。例如，用本生灯烧铜时，火焰呈蓝绿色；烧食盐、芒硝和金属钠时，火焰呈黄色；烧钾及其化合物时，火焰呈紫色。可是，用它烧几种物质的混合物时，火焰就分不清是什么颜色了。这个美中不足使本生感到苦恼。
1851年，本生结识了年轻的物理学家基尔霍夫，并且很快本生像成了莫逆之交。基尔霍夫当时只有27岁。
一天，本生和基尔霍夫在一起散步，本生把自己的“苦恼”告诉了基尔霍夫。听了本生的话以后，基尔霍夫立刻想起了牛顿通过三棱镜把阳光分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫连续光谱的实验，想起了夫琅和费发现太阳光里有暗线光谱。
他对本生说：“从物理学的角度来看，我认为应当换一个方法试试。那就是不直接观察火焰的颜色，而应该去观察火焰的光谱，这就可以把各种颜色清清楚楚地区别开了。”
本生采纳了基尔霍夫的意见，并且两人合作实验。他们装置了一架简单，但比夫琅和费分光镜更完善、产生的光谱更清晰的分光镜。用这种仪器观察在本生灯上燃烧的氯化钠、钾盐、锂盐、锶盐等物质的火焰时，分别看到了氯化钠有2条明显的黄线，钾盐有1条紫线，锂盐有1条明亮的红线，锶盐有1条清楚的蓝线。真是五彩缤纷，各有所主。
然后，他们又将这些盐混合在一起燃烧，这时，黄、紫、红和蓝等线条清清楚楚显示出来了。
令本生“苦恼”的问题解决了，科学事业向前迈进了一步，两位科学家高兴极了。本生和基尔霍夫运用的方法叫做光谱分析法。这种方法证明：每一种化学元素不仅有一种特有的线条，而且它们在光谱上的位置是固定不变的。利用光谱分析法，我们就能确定星球上含有什么成分。
一天，两位科学家所在的曼海姆城发生了一场大火。这场火把光谱分析法引向了太阳在古老的大学城海德堡西面16千米的地方，有一座热闹的港口城市，它的名字叫曼海姆。1859年的一个夜晚，曼海姆失火了，火光冲天，周围的夜空被熊熊的大火照得通明。
本生和基尔霍夫在实验室里向外眺望时，看到了这场大火。两位科学家好奇地用分光镜观察这片火海。这一看获得一项新发现：他们在曼海姆的烈火中看到钡和锶的光谱。
这一发现在本生头脑中久久萦绕。一次在郊外散步的时候，他突然想到，既然可以用分光镜来分析曼海姆的火光，为什么不能用它来探测太阳呢？
本生首先分析了在油灯光、酒精灯光和蜡烛光中都有的1对黄线。这对谱线在自然界中分布得很普遍，稍不留心就会受到“污染”。本生是个细心的实验专家，他把本生灯清洗得干干净净，才做实验。经过一系列实验，他弄清了夫琅和费发现的这对黄线是受热的钠原子。
接着，基尔霍夫研究太阳光中的这对黄线。他让一束太阳光穿过发出黄色钠光的本生灯火焰。他以为如果太阳光中一对黄线是钠原子形成的，那么这一亮一暗的谱线就会重叠抵消。然而观察到的现象使他很惊异：加入钠的火焰后，黄线更暗了。
第二天，他用氢氧焰点燃石灰棒代替太阳作光源，重做昨天实验时，并没有出现暗线。这是怎么回事？经过分析，他发现产生钠焰的本生灯温度太高了，于是他把本生灯换成酒精灯，用酒精灯制造钠焰再做实验时，实验果然成功了。
他成功地观测到了同太阳光谱上完全一致的暗的黄线。由此，基尔霍夫悟出了一个道理：太阳内部温度很高，发出的光谱是连续光谱，太阳外部温度较低，在这里有什么元素，就会把连续光谱中相应元素的谱线吸收掉而出现暗线，例如在太阳外部如果有钠元素，就会在太阳光谱中1对黄线位置上出现暗线。
于是，在1859年秋天，基尔霍夫提出2条著名的定律：（1）每一种化学元素都有自己的光谱；（2）每一种元素都可以吸收它能够发射的谱线。
从1860年起，基尔霍夫和本生开始精心测量元素的谱线波长，并把它们同太阳光谱进行对照。第二年，他们就在太阳光中找到了氢、钠、钙、镁、铬、镍、铜、锌、钡等元素。太阳上有的化学元素地球上都有，这表明它们有同样的起源。
看，火灾对人类认识太阳起到了多么重要的作用啊！光是什么？从牛顿开始，许多科学家探索过这个问题，牛顿认为光是一种微粒，一束光就是一串小粒子，像连珠炮似的从光源射出。而惠更斯则认为光是一种波，像水面上荡漾的波浪，一起一伏地传播。这两种针锋相对的观点，经过长期的争论，谁也说服不了谁。
19世纪，在光学研究上有所突破，这主要是发现了光的干涉（两束光互相作用，产生明暗相间的条纹）、衍射（光线不是沿直线而是绕圈子前进）和偏振（光波有一定的振动方向）。这些发现雄辩地证明光是波动的。相反，光的微粒说则无法解释这些实验事实。这个时候，波动说占了上风。
但是1887年赫兹又发现了新的现象：用紫外线照射在电压很高的极板上，就能使极板间发生火花放电。1888年，斯托列托夫重做赫兹实验时，进一步发现，在电压不高的情况下，用紫外线照在带负电的极板上，也能使极板失去电荷。这种受到射线照射而产生或失去电荷的现象，叫做光电效应。
光电效应证明微粒说是正确的，而波动说却无法解释它。1905年，物理学家爱因斯坦提出了光的量子理论，他认为物质的原子和分子发射和吸收的光并不是连续的波，而是由特殊的物质组成的一个个的微粒。这种物质微粒称作光子。
经过反复研究，大多数的人已经认识到，光同时具有波动和微粒两种性质。按照它传播的方赫 兹式，它是一种波，是电磁波这个大家庭中的一个成员；按照它输送能量的方式，它是一颗颗光子。
太阳光也是一个大家庭。眼睛能看见的光叫可见光。可见光是这个家庭的一部分成员。除可见光外，太阳还发射看不见的光线，其中波长比可见光长的有红外光和无线电波；波长比可见光短的有紫外线、X射线和γ射线等。
肉眼看不见的阳光
说起阳光，人们自然想到五颜六色、色彩斑斓的可见光。其实，仅把可见光当作阳光是不公平的，肉眼看不见的红外线、紫外线、X射线以及γ射线，也都是阳光的重要组成部分。
红外线是英国天文爱好者威廉·赫歇尔发现的。赫歇尔在天文学上贡献很大，他用自制的望远镜发现了天王星，后来他成为著名的天文学家。
1800年，赫歇尔在研究太阳光谱不同波长的热辐射时，发现了红外线。他是用灵敏的温度计在可见光谱红端以外的地方发现的。他认为这里有一种看不见的光线，它的位置表明的它的频率比红光低，波长比红光长。
后来，用特殊的感光底片拍摄光谱，证实在红光外侧的确有光存在，并且证实这种看不见的光线和可见光遵循同样的规律。由于它的位置在红光外侧，所以叫它红外线或红外光。
其实，红外线是太阳最热的辐射光线，所以又叫热线。红外线很容易被地面吸收，使地面温度增高，它还可以晒热作物植株，为作物提供热量。
红外线的发现，给人们很大启迪，不久人们就提出这样的疑问：既然红外波段有辐射存在，在阳光的紫外波段有没有辐射呢？
1802年，德国物理学家里特做了一个颇有趣味的实验，他把硝酸银放在蓝光和紫光下照射，看见分解出了黑色的金属银。
他又把硝酸银放在紫光外“光线”下照射，结果分解得更快。这个实验证明，太阳光里的确有紫外光线存在。
根据空间天文学家的探测，太阳紫外线分为近紫外线、中紫外线、远紫外线以及EUV线4种。这种射线在从太阳来到地面的途中，大部分被地球大气层的臭氧层吸掉了，达到地面的只有很少的一部分，因此太阳紫外线探测都在空间进行。
大量探测表明，在日冕和上层色球之间的过渡区域里，有很多紫外线谱线，它们是传递这个区域消息的重要使者。紫外线对研究这个层次的辐射起着顶梁柱的作用。在20世纪90年代，甚至直到现在，许多探测太阳的人造卫星，都带有紫外线探测仪器。
X射线是看不见的太阳光线的重要组成部分。它是1895年11月8日由德国著名物理学家伍连·康拉德·伦琴发现的。这位杰出的物理学家因为发现了X射线，于1901年成为第一个诺贝尔物理学奖获得者。
1895年11月8日，伦琴在暗室里做阴极射线管中气体放电试验。为了防止紫外线和可见光的影响，他用黑色硬纸把阴极射线管包了起来。试验中，他发现在一定距离以外，涂有铂氰酸钡荧光材料的屏上，发出微弱的荧光。
这种现象一般人是不大重视的，可伦琴却对它进行了深入的研究。根据他对物理学的了解，他认为，穿透力有限的阴极射线伦 琴是无法穿过包有硬纸的阴极射线玻璃管壁的，使荧光材料发光的物质也不可能来自别的地方。但是，使荧光材料屏发光的物质是什么呢？他当时也不知道答案。
严肃的科学态度让伦琴对这种物质进行了深入的研究。在此基础上，他提出一个设想：这是阴极射线撞击在阴极射线玻璃管壁上产生的一种射线。后来的实验证明了伦琴的想法。
X射线是一种特殊的物质，在电磁场中不像带电粒子那样受电磁力的作用，也不像可见光那样经过不透明物质发生偏转。它有很强的穿透力，能够穿过树木、纸张和铅片，但不能穿过厚金属片；能够穿过肌肉，但在荧光屏上却能留下骨骼的阴影。因此，伦琴用它拍下了第一张骨骼的照片。
尽管如此，当时他对X射线的性质还了解得不多，甚至认为它同可见光没有太多区别。因此有人问他“这种射线是什么物质”的时候，他回答说：“X”。X射线的名称就是这样得来的。
太阳表面具有上百万度的高温，日冕里的物质以特殊的形式存在，根据它的温度和物质特殊存在形式，理论家早就预言太阳上有X射线存在了。但是由于这种射线在穿越地球大气层时被吸收了，所以要探测太阳X射线，就必须深入地球大气层上空。这在气球、火箭和人造卫星还不能用于科学研究的时代，是无法做到的。
1945年第二次世界大战结束了，德国、日本和意大利是战败国，美国等国是战胜国。美国从德国那里获得战利品之一是V—2火箭。1946年，美国海军研究实验室在胡尔布特领导下，利用V—2火箭把探测太阳X射线的仪器送到了高空。很遗憾，这次实验空手而回，一无所获。
1948年8月6日，再次实验获得了成功，拍得了第一张太阳X射线照片。后来，海军研究实验室继续进行了探测。大量探测表明，太阳的确是一个很强的X射线源。它的强度随着太阳活动周期而变化。现在，经过气球、火箭和人造卫星等运载工具的大量观测得知，太阳X射线含有3种成分，它们是宁静成分（流量基本上不变）、缓变成分（流量缓慢变化）和爆发成分（在短时间内流量急剧变化），爆发成分又叫太阳X射线爆发或太阳X射线耀斑。
从此，太阳X射线就成了研究太阳的极其重要的电磁波段了。
太阳上的“广播电台”
南京东郊风景区，树木葱茏，青山叠翠。巍巍的紫金山三峰上，有几个圆形屋顶隐藏在绿阴丛中，在阳光照耀下，发出晶莹的亮光。这便是紫金山天文台。紫金山天文台
乘汽车沿着蜿蜒曲折的盘山公路迤逦而上，进了大门，登上天文台最高处——天堡城。放眼眺望东方，几个圆顶内望远镜正指向太阳。同时，几架射电望远镜的抛物面天线也正在对向太阳，接收太阳的“广播”。
太阳上也有“广播电台”吗？当然有啊！1942年，正是第二次世界大战最激烈的阶段，炮火连天，弹痕遍地，将士们在进行着血与肉的搏斗，接受着生死存亡的考验。坦克、装甲车和飞机的发动机声，整天轰轰隆隆，不绝于耳。
为了获得战争的胜利，侦察敌情，防止敌机轰炸，多么需要雷达及时提供信息啊！就在这血与火殊死搏斗中，英国防空部队的4～6米雷达突然受到了电波干扰。当时以为敌机来空袭了，连忙发出防空警报。可是，等了好久，也没见到一架敌机。
那么，这干扰电波来自何处？是“天灾”？是“人祸”？不得而知。于是产生了种种猜想。为了揭露谜底，科学家海伊等人对此进行了深入的研究。
经过仔细分析，他们明白了，这种电波不是敌人发射的，不是地球上所有的。它们来自太阳，是太阳在“广播”。他们还意外地发现，这种电波比具有太阳表面温度的黑体辐射强得多，同黑子、耀斑等太阳活动现象有密切关系。
与此同时，索思沃思应用当时刚制成的新型雷达接收机，在3～10厘米波段发现太阳上也有“广播”。至此，太阳上有“广播电台”确定无疑了。
太阳上无人，也没高大的铁塔架设天线，太阳上的无线电信号从哪里来的呢？是从太阳大气层中发射的。随后，天文学上把太阳发射的无线电信号叫做太阳射电。
在这以后，世界上许多国家广泛地开展了太阳射电的研究工作。现在，射电观测是研究太阳的一个重要部门了。在我国，除紫金山天文台有太阳射电观测和研究以外，北京天文台和云南天文台也都有太阳射电观测和研究。
在第二次世界大战以前，无线电还没有普及。那时，一般的人家不但没有电视，就连收音机也没有，只有作战部队里才有无线电台。在那个时候，当一名无线电台报务员是相当荣耀的。一批德国青年军官当上报务员后，神气十足，走起路来胸脯都挺得高高的。然而好景不长，不久就爆发了第二次世界大战。纳粹德国妄想独霸天下，把许多青年送上战场给他们充当炮灰，报务员们也因此上了沙场。
一天，一名叫布鲁克的报务员在电台前值班操作。前沿战火纷飞，杀声震天，报告战果，下达命令，都由报务员来完成。电讯十分繁忙，布鲁克兢兢业业地做着工作，忙得不亦乐乎。
就在一个命令要下达时，突然耳机里一点声音没有了。奇怪！耳机怎么不响？他检查机器，电台好好的。耳机不响，命令怎么下达？他急忙呼叫，但毫无反应。他赶紧拨动旋钮，改变频率，仍然没有声音。几分钟过去了，始终联系不上。前线德军没有指挥，一片混乱，战役失败了。
战役结束后，布鲁克被军事法庭判处死刑。临刑时，他仰天高呼“冤枉！”为什么在战争的关键时刻无线电通讯会突然中断？布鲁克被判死刑是不是冤枉？当时没人追究。
数年之后，这样的事又发生了。1956年2月23日，一艘英国海军舰只在格陵兰海上值勤，从基地出发后一直和基地保持着联系。突然，联系中断了，不管指挥部怎么呼叫，也听不到回音。
指挥员不知发生了什么事情。想来想去，估计可能是军舰遇难沉没了。于是，为“死难者”料理后事忙碌起来。正当人们为“死难者”忙碌的时候，军舰回到了基地，舰上的人员也都好好的。人们惊异得一个个目瞪口呆，不知所措。
这是怎么回事呢？原来这一天太阳上发生了一次大耀斑，是太阳耀斑开的玩笑。太阳耀斑怎么会影响无线电通讯呢？这要涉及我们地球大气层了。太阳辐射中含有大量的X射线和紫外线。在这些辐射作用下，在离地面80～500千米的区域，形成一个电离层。电离层又可分为D层、E层和F层。D层高度在80～100千米，E层在100～120千米，F太阳耀斑层在150～500千米。
F层又可分为F1层和F2层。在耀斑爆发的时候，X射线和紫外线急剧增加，D层的电离度也急剧增加。因此，向着太阳的半个地球上，短波或中波无线电讯号衰减很多，甚至完全中断。出现后一种情况时，无线电通讯不能进行，电台的耳机就寂然无声了。
这样的现象大约持续几分钟到1小时。这种现象在军事上和日常通讯中都是不可忽视的。为此，天文台一旦发现太阳上有耀斑爆发，就立即向有关部门报告。这项“报告”是天文台为国民经济服务的一项重要内容。
太阳磁暴与磁针跳动
一位中学生手腕上戴了一只小巧玲珑的手表，表带上有一只精美别致的小磁针。它平时总是静静地指向南北方向。一天，磁针突然跳动起来了，不停地左右摆动，很久才静止下来。磁针静下来后，又静静地指着南北方向，好像什么事也没发生似的。
她觉得奇怪，就去问老师。老师也说不清楚。她去请教地球物理学家。地球物理学家告诉她：在她表带上磁针跳动的时候，地球发生了磁暴。“磁暴？它是什么？是怎么产生的呢？”她一口气提出许多问题。
地球物理学家告诉她：磁暴是一种短时间的地磁扰动现象，持续时间几分钟到几天不等。发生磁暴的时候，磁针或做微小的震动，或做剧烈的“颤抖”，甚至可以急促地来回摆动，然后猝然停止。
在磁暴期间，无线电通讯和有线电信都受到强烈干扰。例如，1958年2月11日发生全球性大磁暴时，世界各地的无线电通讯全部中断，瑞典的电力线和通讯线遭到破坏，铁路讯号无法使用。
磁暴引起的强大电流，足以使电缆上绝缘材料起火，烧毁安全阀甚至变压器。1975年7月的一次磁暴，欧洲和北美之间的无线电通讯全部中断，欧洲和远东之间的电报联系受到强烈干扰。
磁暴发生在地球附近，根子则在太阳上。这是太阳活动对地球所产生的一种影响。科学家发现，在太阳活动高潮或者在太阳耀斑爆发的时候，从太阳上抛射出大量带电粒子、紫外线和X射线。
这些“天兵天将”经过15亿千米的征程来到地球附近后，舞枪弄棒，搅得“四邻”不安。具体说来，紫外线和X射线使电离层遭到破坏，从而影响无线电通讯。
带电粒子被地磁场俘获后，按照它们的质量和电荷分成几类，分别送往不同的地方，因此，在地球周围形成一个半径为2万～25万千米的巨大环形“电路”。在这种“电路”里流动的电流，在它周围产生的磁场和地球磁场互相作用，产生磁暴。
在一年里，世界性的强磁暴次数是不多的，在太阳活动低的年份只有几次，高的年份有几十次。但强度中等的磁暴或磁扰是经常发生的，尤其在极区，很少有磁宁静的日子。
其实，地球是一块大磁铁，在这块“大磁铁”周围形成了一个巨大的地磁场。20世纪初以前，人们就对地磁场进行观测了。
1912年，英国科学家克利从以前的地磁资料中分析出，地球磁场受到一种扰动，这种地磁扰动具有27天的重现性。这个数字恰好和太阳赤道区域的自转周期相同。
天文学家认为，这两个周期相同不是偶然巧合，而有某种联系，它意味着地磁扰动和太阳黑子有密切联系。太阳黑子好像太阳上的一个灯塔，当它照射地球的时候，地磁场就引起剧烈的扰动。一个名叫恰普曼的科学家提出这样一个有趣的假说：在太阳黑子区域有一股连续发出的粒子流射向地球，当粒子流同地球相遇时就引起剧烈磁扰。
由于太阳自转，每过27天，这股粒子流重新与地球相遇时，就会引起地磁扰动。这样，地磁扰动就出现了27天的重现性。
这个连续发射粒子流的区域位于太阳上什么地方？它的性质如何？当时都不知道。1932年，比利时科学家巴特尔斯把这个区域称为神秘的区域。“神秘”的英文第一个字母是M，所以称它为M区。
自那以后，许多学者都想观测到这个区域。但因为日冕的物质很稀薄，在可见光波段辐射比光球辐射弱得多，所以都没有成功。1957年，苏黎世天文台的瓦尔德迈尔从地面谱线资料中发现，日冕中有些地区的谱线强度总是比别的地方弱，他称这些区域为“洞”。
20世纪60年代，一些探空火箭拍摄的太阳X射线照片和紫外线像上，也显示了“洞”的现象。但当时还没引起足够的重视。直到1968年，美国才在“轨道太阳天文台”4号、6号和7号等卫星上，对日冕强度大尺度减弱日 冕进行定期观测。
大量观测表明，瓦尔德迈尔所说的“洞”的确是一种真实的客体，不是偶然看到的局部现象。1973年5月，美国发射的“天空实验室”在8个月的连续飞行中，用白光日冕仪、X射线频谱仪、掠射式X射线成像望远镜、太阳紫外分光光谱仪、太阳远紫外频谱仪和紫外频谱仪等6套设备，取得了大量数据。
这些资料都表明有洞存在，因为这个洞出现在日冕上，所以叫它冕洞。现在，冕洞这个名称得到了科学界的承认。冕洞的发现，持续了40年的M区之谜才被揭开。至此人们才知道：冕洞就是M区。
认识冕洞和太阳风
冕洞是什么？就是日冕照片上大片暗黑的区域，这里的物质密度和温度比周围日冕低，磁场同普通的条形磁铁磁场不一样。在条形磁铁周围撒些铁屑，铁屑将以磁铁为中心，形成一个个圆圈。这说明条形磁铁的磁力线是封闭的。而冕洞的磁场则呈开放型。若在冕洞里撒些铁屑，则铁屑将向行星际空间“无限”延伸。
由于冕洞里面的物质稀薄，辐射比周围低得多，所以在白光照片上，这里出现大片暗黑区域。但由于物质很稀薄，要从地面光学资料中发现冕洞是很不容易的。空间观测对冕洞的证实和进一步了解起了重要作用。“冕洞”这个词就是从太阳X射线像上得来的。
根据空间观测资料，在太阳活动从峰年往谷年下降时期，冕洞大致有3种：①极区冕洞，位于太阳的南极区和北极区，常年都有。②孤立冕洞，位于低纬地区，一般面积较小。③延伸冕洞，分别向南和向北延伸，向南延伸的，从北极区延伸至南纬20度左右，向北延伸的，从南极区延伸至北纬20度左右。延伸冕洞太阳上的冕洞和极区冕洞相接，面积较大。“天空实验室”观测表明，冕洞的寿命很长，一般能持续5个太阳自转周期，有的达8～10个太阳自转周期。一个太阳自转周期是27天，因此冕洞存在的时间一般是100多天，有的甚至达1年以上。
这样长的寿命绝不是太阳活动的产物，因此前面所说的恰普曼的假说是不对的。M区不是同太阳黑子有关。根据现在的了解，M区就是冕洞，冕洞就是太阳日冕层上宁静的区域，因此，引起地磁扰动27天重现性的，是太阳日冕上的宁静区域，不是太阳活动区。
太阳日冕上宁静区域为什么能引起地磁扰动呢？原来，冕洞里的磁力线是向行星际空间张开着的，所以有大量带电粒子一面沿着磁力线转圈子，一面向前跑。这些从太阳上出来、沿磁力线进入行星际空间的带电粒子和磁场，就是太阳风。
太阳风起源于日冕，是日冕气体不断膨胀的结果。地面上的风主要是空气流动。太阳风主要是质子、电子和少量的重原子核，还有磁场。地面上12级台风的速度是33米/秒，而太阳风的风速可达400千米/秒！同地面的风速相比，真正的狂风只有太阳风才相称。
太阳风吹来，给我们带来了什么？把美丽的女神奥罗拉带来了。奥罗拉原是罗马神话中驱散星斗的曙光女神。她是太阳神阿波罗和月亮神狄爱娜的妹妹，长得很漂亮。大概奥罗拉觉得自己的芳名送给点染极地夜空的极光更合适吧，现在西方都把极光叫做奥罗拉，我们中国人还称它极光。
极光的确很美！1885年挪威极光学者索弗斯·特朗霍尔特赞美它道：“人世间没有任何色彩和画笔能描绘出它那难以想象的绚丽，也没有任何文字描写出它无与伦比的秀美。”
极地探险家弗雷德乔夫·南森描述了1893年11月28日的极光。他是这样写的：“出来一看，我愣住了。无法形容的美丽极光宛如七彩长虹在空中辉映，令人难以置信这是在人间。我从未看到过如此绚丽的色彩。始见黄色，逐渐变成绿色，接着在‘拱桥’的边缘上出现了宝石般的闪闪红光，并很快地扩展到整个‘拱桥’。霎时，蛇状火焰从西方地平线上翩然而起，愈近愈明亮。嗣后，‘长蛇’分成3条，颜色也改变了。南面的‘长蛇’变成红宝石般的颜色，并杂有黄色的斑点。正中间的‘长蛇’呈黄色，北面的‘长蛇’为淡绿色。光束像穿过暴风雨前的磁场媒质波一样在‘长蛇’身边飞驰。光束如梭，忽明忽暗，‘长蛇’冲天而过。整个事件像是一场由彩色火花组成的无休止的幻景，超越了任何梦境中之所见。”
美丽的极光被人们认为是点染极地夜空的神秘之光，就连祖祖辈辈居住在北极，平常看惯了极光的因纽特人和拉普人，也感到它们中间隐藏着浓厚的神秘色彩。住在加拿大哈得孙湾附近的因纽特人，把极光看成是引导死者灵魂走向天堂的火炬。极 光
芬兰的拉普人说，极光是捐躯沙场的亡灵在太空中浴血奋战。即使在波罗的海沿岸的爱沙尼亚，也流传着极光是天上的酣战，说是在某一个圣夜，天上的帷幕被拉开，人们可以从地上窥视到战斗的情景，两名斗士正要挥戈对战，天神不许可，把他们拉开了。
1621年，法国数学家、天文学家伽桑狄在法国南部看到了极光，他把曙光女神的芳名奥罗拉加给了它，称它是奥罗拉·保莱埃里斯，即北方的曙光。这是极光科学成为现代科学的开端，从此人们就探索它的成因了。
历史上对极光的成因提出过3个有趣的理论：①认为极光是围着北冰洋燃烧起来的火；②认为是透过大地尽头薄薄的地面和冰层而泄漏出来的阳光；③认为极光是北极的冰和雪吸足了白昼的阳光，在夜晚以我们尚未认识的某种机制，把阳光又释放出来的现象。
发现哈雷彗星的哈雷认为，从地球的磁核飞出来的“磁粒子”不断地沿着磁力线飞驰。如果地球大气处于某种不稳定状态，磁粒子群就会和大气碰撞而发出极光。德梅兰不同意哈雷的看法，他认为极光是太阳大气扩展到地球上，使地球大气发光的。在此同时，俄国的罗蒙诺索夫、英国的坎顿和美国的富兰克林，都用雷雨放电来解释极光。
后来发现，这些解释都不正确。科学家发现，极光是地球大气外面来的粒子流同地球大气碰撞而发光的。不同种类的粒子同大气碰撞，发出不同颜色的光辉，就像五光十色的霓虹灯发光机制那样，所以极光的颜色是五彩缤纷的。这种从地球大气外面来的粒子就是太阳风。它“吹”到地球附近以后，沿着磁力线向地磁两极移动，到了极区便沉降下来，在沉降的过程中同大气碰撞，发出美丽极光。
极光是美丽的，可惜它只出现在高纬度地区，我国位于中纬和低纬度地区的居民是很少有机会饱一饱眼福的。然而在北京以北，特别是黑龙江北部的漠河地区，还是有机会见到它的。
见不到“现在的”太阳
问你一个很简单的问题：今年元旦你早上7点钟起床，这件很平常的事，应该是时间问题，还是空间问题？你可以不假思索地回答：这当然是时间问题。但是，你想过没有，当你元旦那天正在晨练的时候，你远在美国的亲友们“这个时候”在做什么？他们居然还生活在去年！
此时也许正在为欢庆除夕夜作准备呢！如果打电话互致问候，竟然是两年间的“历史会谈”。那么，这仅仅是时间问题吗？显然，此时必须要回答：你指的是什么地方的早晨7点钟：北京的？莫斯科的？纽约的？因此，看起来是简单的时间问题，却必然包含空间的概念。
那么，空间就离得开时间吗？例如，当你在万里无云的夜晚观赏美丽的星空时，你在天幕上看到的是“空间”，还是“时间”？你也许认为：这当然是空间！这是由远近的星辰组成的立体空间。其实不然，这样的空间也绝不能脱离时间而单独存在！
这是因为我们是用眼睛观察世界的，“看”东西必须依靠光，只有当光进入眼睛时，我们才感觉看到了。虽然光的传播速度极快，每秒钟可以走30万千米，但绝对不可能变成“无限快”。
因此对于任何物体，我们是绝对不可能“马上”看到的。当然，在日常生活中，由于观察的距离太近，与光速相比，差距实在太大，因此，这样的时差完全可以忽略不计。但是一旦用眼睛去观察遥远星际时，由于距离一下子拉得极大，“光速”问题就马上突出起来了。
例如，我们观赏日出，当太阳的光辉从地平线突然跃入眼帘时，大家都会兴奋地欢呼起来。但是你也许不曾想到：由于太阳离地球约15亿千米，尽管走得极快，阳光也要经过8分钟才能到达地面，因此，我们看到的“日出”，应该是8分钟以前太阳的影像，“现在”的太阳，却早已高挂天空，我们欢呼的只是太阳的“历史功勋”。
因此，除非我们有本领直接到达太阳的表面，否则我们永远看不到“现在的”太阳。如果在“日出”时太阳突然消失，那么也要等8分钟后才能感受到“暗无天日”的苦难。
这就是爱因斯坦的时空观：离开了空间，就谈不上时间；离开了时间，同样谈不上空间，二者应该熔为一炉，合为一体。
因此，我们夜晚所看到的天幕，绝不是一个简单的立体空间，而应该是一部“时空合一”的宇宙历史电影。那些点点繁星，每一点所代表的时间都是不相同的。有的是几十年前的景象；有的则是几千年、几万年甚至几十亿年前的画面。它们穿越了漫长的时空，到达我们的眼睛里。尽管都在用极高的光速“拼命奔来”，但都已是很早以前的历史事实了。想必此时此刻有许多的星体已不是风华正茂，而是风烛残年；有的甚至早已寿终正寝、烟消云散了，但在我们的这片夜空中还在演绎着宇宙不同时间的历史故事。在浩瀚的宇宙中，时间、空间相互纠缠一起，无论如何也难以分开了。
现在，再设想一下：如果我们有可能生活在其他的星球上，并且用精密的仪器来反观地球，那么，我们也是永远看不到“现在的”地球。但我们却能看到地球过去的历史：人类祖先的起源，秦汉帝国的风采，鸦片战争的苦难……
我们不是为6500万年前恐龙的绝灭争论得不亦乐乎吗？现在已知“室女星座”中有的星系离我们大约有6500万光年的距离，如果那里存在一颗“地球”，而且也演化出了智慧生命，他们高度发达的文明也许大大超过我们，可以用更先进的手段将地球看得一清二楚。那么，他们“现在”看到的是什么呢？正好是当年恐龙灭绝的真实状况！
因此，我们何必要争得面红耳赤呢？问一问他们，不是都解决了吗？当然，如果你要打电话给他们，他们再答复你，你就必须是一位极其高寿的老人，因为那将是13亿年以后的事了！
太阳还能燃烧多久
对于我们地球人来说，宇宙中没有哪个天体能像太阳那样与我们如此亲近。尽管太阳发出的光和热中只有1/22亿到达地球，但也足以使地球成为现在这样一个生气勃勃的世界了。
在19世纪末期，地质学家在南非的特基斯瓦尔的地层中，发现其中的硅化岩中存在与今天的蓝藻有相同复杂结构的单细胞组织，这证明了地球上早在35亿年前就有生命存在了。这就是说，太阳照耀地球已有几十亿年了。
太阳连续发光几十亿年，它这种神奇而又似乎永不枯竭的能源是什么呢？
对于太阳能量来源之谜，直到1938年，美国科学家贝特才初步解开。
贝特认为，太阳能源来自太阳内部的热核聚变。太阳中心的温度高达1500万℃，压力也十分巨大。在这种高温、高压条件下，物质的原子结构自然会被破坏，结果发生每4个氢原子核聚合成1个氦原子核的物理过程，与此同时释放出巨大的能量。
这个过程在物理学上称为热核聚变。热核聚变反应比化学燃烧释放的能量要大100万倍以上！热核反应放出的能量究竟有多大呢？简单点说，1克重的氢变成氦时，放出来的能量等于燃烧15吨汽油的能量！1千克重的氢的能量，抵得上数百列火车的煤！作为核武器之一的氢弹比原子弹的威力还要大得多，氢弹爆炸时发生的就是这种热核聚变反应。
太阳辐射就是在氢聚变成氦的过程中产生的。在每1秒钟里，就有63000万吨氢聚变成62540万吨氦。从太阳每秒钟消耗的氢的数量来看，它似乎不会维持很久。但事实并非如此。这是由于太阳有着巨大质量的缘故。
太阳的质量为2200亿亿亿吨。这巨大的质量中，大约有53％是氢。这就是说，太阳目前约含有1160亿亿亿吨氢。
除了氢之外，太阳质量的其余部分几乎全都是氦。氦比氢更致密些。在相同的条件下，氦原子的质量是同量氢原子质量的4倍。有人计算过，如果换算成体积，太阳大约有80％是氢。
天文学家推算，大约在五六十亿年前，太阳在银河系诞生，一团主要由原始氢构成的星云不断旋转，形成了一个漩涡，由于引力的影响，所有的气体都向云的中心聚集，于是产生了高压和高温，将太阳原子核“炉火”点燃。
从此，这个巨大的核子炉便开始沸腾至今。太阳现在正处于壮年时期，预计现在太阳上的氢，继续这样“燃烧”下去，大约至少还能“燃烧”四五十亿年的时间。
到那时候，太阳上几乎全部的氢都燃烧掉了，变成了氦。那时的太阳将变得“虚胖”，即它的物质密度变低，体积开始膨胀，一直膨胀到地球公转的轨道外面。
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