聆听太阳
聆听太阳 Bill Chaplin，伯明翰大学 · 摄影：W. Chaplin Sarbani Basu，耶鲁大学 · 摄影：Michael Marsland 四十年的太阳之声，揭示了仪器无法深入的表面之下正在发生什么 编者按 大约每隔十一年，太阳活动便会经历一次由盛转衰、再度增强的循环。四百年来，人们通过计算太阳黑子的数量来衡量这种节律。黑子是强磁场从内部穿出可见表面时形成的暗斑。黑子数量于是成了太阳的脉搏：黑子越多，太阳越活跃；黑子越少，太阳越平静。 但太阳也可以被“听见”。表面下方的湍动气体产生声波，声波被困在太阳内部，使它以自身固有的音调共鸣，如同管乐器中的空气。不同音调的声波会抵达不同深度，因此，聆听它们，也就成了一种窥见恒星内部的方式。这门学科被称为日震学。随着太阳磁活动的起伏，音调也会发生细微变化，透露出太阳内部正在经历的改变。 自二十世纪八十年代起，伯明翰太阳振荡观测网（BiSON）便一直在聆听这些音调。在一项利用近四十年 BiSON 数据开展的新研究中，Bill Chaplin、Sarbani Basu 及其同事发现，两种衡量方式给出的结果已不再一致。按黑子数量判断，当前的第25太阳活动周明显弱于二十世纪八十年代末的第22活动周。然而，反映太阳表面下约一千公里范围内物理变化的高频声波，其频率偏移幅度仍与当年相当。对比高低频声波的变化，研究人员发现，近几个太阳活动周中，与周期起伏相关的内部变化，似乎正逐渐集中到靠近表面、越来越薄的一层之中。太阳或许不只是趋于平静，其活动方式本身也可能正在改变。 由此浮现的问题，远远超出了天文学：仅凭表面，我们究竟能了解多少内部正在发生的事？ — Adelina 位于澳大利亚纳拉布里的 BiSON 观测站，背景为澳大利亚望远镜致密阵列的射电天线。 Bill Chaplin、Sarbani Basu 与 Rachel Howe、Yvonne Elsworth、Steven J. Hale 及 Eleanor Murray 共同完成了这项研究，成果于2026年发表于《皇家天文学会月刊》。在此次专访中，Chaplin 与 Basu 共同回答了我们的提问。 对话 Our Narratives 对于从未接触过日震学的读者，能否解释一下，太阳如何鸣响？是什么使它振动？这些音调又如何让你们窥见仪器永远无法穿透的表面之下？ Bill Chaplin 与 Sarbani Basu：太阳内部困住了声波，因此会像乐器一样产生共鸣。可以先用双簧管或单簧管这样的管乐器来作比喻。吹奏时，气流使簧片振动，引起空气压力的变化，也就是声波。声波被限制在乐器管身内部，其中波长合适的声波会彼此增强，形成我们所说的驻波。它们对应着乐器的固有共振模式，因此，我们听到乐器以这些固有谐音发声。 同样的比喻也适用于太阳。在可见表面的下方，气体十分湍动，压力不断变化，声波便自然产生。尽管太阳没有坚硬的边界，只是一颗由炽热电离气体构成的巨大球体，它仍然像一个天然的共振腔，将声音困在内部。被困住的声波中，具备适当条件的那些会在太阳内部形成驻波，使太阳以自身固有的谐音共鸣。 我们无法像聆听乐器那样直接听太阳，但这些被困住的驻波，会使太阳以固有共振频率振荡，如同一呼一吸。通过探测太阳的振荡，我们就能获得与聆听乐器相似的信息。 测量管乐器的共振频率，可以了解它的结构、大小，以及内部的气体，通常是空气。例如，高音小号的共振音调就比大型低音号高。如果排出乐器中的空气，换成更轻的氦气，它奏出的音调便会升高。同样，恒星的共振频率，也能告诉我们它的大小和内部结构。