太阳每天升起，我们对此习以为常。然而，这颗看似平静的恒星，其实时刻都在向地球传递着“信号”——可见光和其他电磁波，以及带电粒子。这些信号不仅记录着太阳的日常活动，也隐藏着耀斑、太阳风暴等剧烈变化的信息。而要读懂这些信号，首先得认识发出信号的太阳本身。

太阳已存在约46亿年，未来还有约50亿年的稳定时光。它正处于“主序星”阶段，核心的核聚变把氢转化为氦，释放巨大能量。约50亿年后，随着氢逐渐耗尽，太阳将会膨胀为红巨星，随后抛出外层物质，形成行星状星云，中心最终留下一颗白矮星。不过，这些变化还很遥远。回到今天，太阳又有着怎样的面貌？

我们看到的太阳圆面叫“光球”，有效温度约5500摄氏度。把镜头拉近，光球并不平滑，而是一片沸腾的对流海洋，每个对流单元可达上千公里。往上是色球，那里可见耀斑、日珥和暗条，后两者其实是同一种结构，只是分别出现在太阳边缘和表面。再向上是日冕，温度可达100万到几百万摄氏度。这里藏着天体物理学的经典难题，为什么越往外，日冕反而比光球热得多？该问题尚未完全解决，也是中国太阳研究2030年前的重点方向之一。而日冕加热、耀斑和日冕物质抛射的解释，都离不开太阳磁场。

这些磁场浮现到太阳表面时，常形成极性相反的成对区域。不同磁环相互挤压、扭曲，储存的能量可能迅速释放，产生高能辐射，甚至引发太阳爆发。

日冕物质抛射是太阳爆发中影响地球最显著的形式之一。大量等离子体和磁场被抛入行星际空间，部分形成“磁云”。若它们朝地球而来，就会撞击地球磁层，引发地磁暴。部分高能粒子沿磁力线进入南北极大气层，与原子、分子碰撞，形成极光。

极光只是太阳风暴绚丽的一面，另一面则是严酷的——短波通信中断、卫星异常、电网故障，甚至威胁航天员安全。例如，1859年的卡林顿事件中，欧美多地电报系统瘫痪。1989年3月，一场强地磁暴又使加拿大魁北克电网瘫痪9小时，约600万人陷入黑暗。时间来到2024年5月，“母亲节事件”是近几十年来影响最显著的太阳风暴之一。多次日冕物质抛射接连抵达地球，低轨卫星所受的大气阻力增大，中国相关卫星的运行也受到影响。与此同时，极光的可见范围大幅向低纬度扩展，北京延庆等地也记录到了难得一见的极光。

强太阳风暴的发生具有偶然性，但其出现概率与太阳整体的活跃程度密切相关。这种活跃程度并非一成不变，而是呈现出约11年的周期。17世纪中叶至18世纪初的“蒙德极小期”期间，太阳黑子数量异常稀少。这一时期与地球上的“小冰期”部分重合，泰晤士河曾多次结冰。两者之间的具体关系仍在研究之中，但太阳活动的长期变化可能是影响地球气候的因素之一。

如今，我们正处于第25太阳活动周。强烈的太阳活动会引发地磁暴，使高层大气受热膨胀，低轨卫星阻力增大，SpaceX曾有一批新发射的卫星因此提前再入大气层。同样受影响的还有现代农业，其越来越依赖卫星定位，信号一旦受扰，农业机械的作业精度就可能偏差。

这些影响也提醒我们：恒星能够深刻塑造周围行星的环境，太阳与地球如此，遥远恒星与其行星同样如此。于是，一个更深的问题浮现——那些恒星周围，是否也存在适合生命的世界？

要回答这个问题，不妨先看看其他恒星周围的世界。太阳只是银河系中的一颗普通恒星，而像它这样的恒星周围也可能存在行星——1995年，人类首次在一颗类太阳恒星周围确认行星，如今已确认数千颗系外行星。随着天文观测数据逐渐开放，国外甚至有高中生利用公开数据发现类地行星候选体，成果发表在专业期刊上。

这些发现让人类看到了更多可能存在生命的世界。不过，要判断一颗行星是否宜居，还要了解恒星如何塑造周围的行星环境。研究这一问题，最好的样本仍是离我们最近的太阳。

正因如此，中国的太阳探测也在不断推进，“羲和号”“夸父一号”已取得一系列重要成果。面向未来，中国科学家正在筹划太阳极轨探测——借助木星等大行星的引力，让探测器进入近乎垂直于黄道面的高倾角轨道，从而更直接地研究太阳极区的磁场和流场，深入理解太阳活动周与整体磁场的演化。 

太阳物理既是天文学前沿，也关系人类生存和国家安全。从日冕加热到爆发机制，从空间天气预报到系外行星宜居性，太阳研究正在打开通往宇宙生命奥秘的窗口。研究太阳，也是在保护现代技术系统、理解地球环境、寻找宇宙生命。

太阳每天升起，但它发出的信号，远比我们想象的丰富。读懂这些信号，不仅是在认识太阳，也是在理解地球的处境，以及人类在宇宙中的位置。

（本文整理自第983期首都科学讲堂）

审核专家：汪景琇

太阳物理学家，中国科学院院士

中国科学院国家天文台研究员、博士生导师‍