為何太陽最外層的溫度高於太陽表面?
地球隸屬太陽系,太陽自然是我們最熟知的星體之一,況且天文學家研究太陽已有數百年之久,隨着太空探索的進展,現在大家或許認為太陽有待發掘的祕密應所剩無幾。其實不然。這顆充滿帶電氣體的星球,至今仍然籠罩在許多令人困惑的謎團之中。其中特別令人費解的是:為何太陽的外環氣層,也就是所謂的「日冕」,溫度會如此之高?
太陽可見的表面,也就是「光球層」,溫度大約是攝氏五千八百度;再往外一層氣體稱為「色球層」,溫度介於攝氏四千度到兩萬五千度之間;至於最外層的日冕,熱度竟竄升到令人咋舌的三百萬度!其中一定存在某種不為人知的機制,能讓日冕急速升溫,卻不致讓色球層同步變熱。
目前的理論推測箇中能量來自太陽(其核心溫度約為一千五百萬度),藉由某種特殊的波傳遞,而非熱力學所能解釋的熱傳導現象。美國航空暨太空總署的「升級版太陽探測器」預計在二○一八年發射,應能讓我們更接近真相。這將是第一次近距離觀測太陽的太空任務,期望藉此揭開太陽的諸多祕密。
不僅太空研究人員想了解日冕怎會如此高溫,熱力工程師和其他科學家對此也深感興趣,原因是理解其中的機制或許有助開發出加熱或能量轉換的新技術。
太陽系的邊緣發生了什麼事?
繞太陽運行的天體成千上萬,其中包括冥王星等較小的行星,數量難以計數。這些小天體分布在海王星軌道之外的區域,形成稱為「古柏帶」的小行星帶,與太陽系中心的距離約為一百億公里。 一般人常預期星體分布會隨着與太陽的距離增加而遞減,但小行星羣似乎是在某個地方才突然密度驟減,此處稱為「古柏斷崖」。究其原因,可能是受到某個未知的行星引力牽引。然而,與太陽相距那麼遙遠,公轉一圈要好幾百年,所以不大可能單靠一顆行星維持住如此明確的小行星帶。另一種更為可信的說法則是:由於有許多地球般大小的星體在太陽系邊緣運行,才讓古柏帶得以維繫。 截至目前為止,這個想法仍屬理論。不過,隨着更強大的望遠鏡問世(例如將於二○一八年發射的詹姆斯.韋伯太空望遠鏡),對太陽系邊緣地帶的觀察也將更清晰,進而揭示古柏斷崖的真相。
重力如何在宇宙中作用?
重力是宇宙運行的四種基本作用力之一,但與其他三種力——電磁力、強作用力(將質子與中子束縛在原子核中)和弱作用力(導致原子衰變)大不相同的是,即使在太空中相距遙遠仍能作用。重力讓人穩穩站在地球表面,讓月球保持在環繞地球的軌道上,也讓地球在環繞太陽的軌道上運行。重力甚至將銀河系中所有天體拉在一起,猶如太空中一座巨大島嶼。
為了讓重力如何作用具象化,我們可以假想太空是張巨大的橡膠片,上面放置一件大型物體,譬如保齡球。球會在橡膠上形成凹痕,正如重力會在太空的結構上造成某種凹痕;物體越大,凹痕便越深。將此類比結合牛頓對於重力的定義——重力為兩物體間的相互作用,其大小取決於兩物的質量與彼此間的距離,我們很容易了解兩者距離越大,引力就越小。
困惑科學家的問題之一是重力資訊如何在太空中傳遞。許多專家喜用稱為「重力子」的假想粒子來說明,但這種粒子是否真存在,迄今尚未獲得證實。也有人認為,當一個物體穿越「希格斯場」(理論性的能量場)時,希格斯玻色子(粒子)就黏着於這個物體上,產生質量。因此,我們若能發現更多有關希格斯玻色子的事實,自然會對這股令宇宙萬物各安其所的強大力量有更多了解。