- 宇宙的系體結構
- 稅國正
- 14763字
- 2019-06-21 13:17:49
第二章 “系體”的結構
“系體”是宇宙存在的基本形式,也是構成宇宙的基本單位,它是一個什么樣的結構呢?我們前面所舉的“系體”實例就給出了“系體”的結構特征,“系體”有一個“系體核”,周圍就是“子系體”,它可以表示為(圖4)的形式,“系體核”是“系體”存在的關鍵和根本,它相對核外“子系體”占據了“系體”的絕大部分質量,如原子核“系體”的核(原子核)的質量幾乎就是原子核“系體”的質量,而原子核“系體”的核外電子等的質量幾乎為零。在太陽“系體”中,太陽的質量占太陽“系體”總質量的99.8%,其他“子系體”的質量總和只有太陽“系體”的0.2%。由于“系體核”的質量巨大,因此“系體核”對核外“子系體”就有強大的重引力,相應的也有很強的磁場,并具有超強的磁引力,當然也還有其他很強的作用力(如強相互作用力和弱相互作用力),就是這些力使得“系體核”周圍包含了很多的“子系體”,并且圍繞著“系體核”做旋轉運動。當然這種運動是必需的,如果不做旋轉運動,強大的引力就會將這個“子系體”吸引到“系體核”,使其變成“系體核”的一部分,“系體核”的超重超大也就吸引了早期的“子系體”,使得那些“子系體”成為“系體核”的一部分,對于不屬于“系體核”的“子系體”,它就圍繞著“系體核”做著公轉和自轉的運動。

圖4 “系體”結構示意圖
說明:打球為“系體核”,周圍為“子系體”
一個“系體” 圍繞著“父系體核”作公轉和自轉運動,都是“父系體核”對“子系體”施力的表現。其實公轉就像一個人握著繩子一端甩動繩子另一端拴著的重球,使重球做著圓周運動。對于重球,它就受到了向心力(繩子的拉力)和離心力這兩個大小相等方向相反的力。對于“子系體”和“父系體核”間的這個拉力可沒有這樣一條繩子,但有一個類似的繩子的存在,這就好比用一塊磁鐵去吸引一根鐵釘,這是磁力的作用,但這個磁力是看不到的。一個“子系體”既受到“父系體核”施的力,同時也會受到其他“子系體”的引力,這些引力的合力就是這個“子系體”所受到的力,“子系體”就在這個合力的作用下,圍繞著“父系體核”做著旋轉(公轉)運動。
“系體”做自轉運動是由合力作用的位置決定的,有些“父系體核”對“子系體”的作用力是在兩球體的外公切面上(在截面上就是外公切線上),這樣“子系體”自轉方向與“父系體核”的自轉方向就相同,如地球、火星等,在太陽“系體”的“子系體”中這種自轉運動較多,是太陽“系體”中常見的轉動方式。有些“父系體核”對“子系體”的作用力是在兩球體的內公切面上(在截面上就是內公切線上),這樣“子系體”自轉方向與“父系體核”的自轉方向就相反,如金星“系體”,我們在金星上看到的太陽是西升東落,在太陽“系體”的“子系體”中這種自轉方式較少(圖5),當然還有一些特別的,如海王星相對于太陽的旋轉,則是躺著的(海王星的自轉軸近似的垂直于太陽的自轉軸)。一個“系體”的“子系體”無論自轉方向與“父系體核”的自轉方向相同或不同,“子系體”都幾乎位于“父系體核”的黃道面(過“父系體核”的球心且垂直其自轉軸的平面)內。受各種力的影響,微小的偏差總是存在的。若忽略微小的偏差,則“父系核”連同“子系體”就處在同一個平面內,對于較大的偏差,則會使“子系體”與“父系體核”構成的平面變的厚一些。

圖5 “子系體”兩種方向的旋轉示意圖
說明:虛線為作用力的線,箭頭為力的方向和旋轉方向
“系體核”的質量大小直接決定著它包含周圍的“子系體”的質量的大小和數量的多少?!跋刁w核”質量越大,“系體核”周圍的“子系體”就越大越多。
“系體核”除了它有巨大的質量和超強的引力,還有什么表現呢?我們看到的太陽是太陽“系體”的“系體核”,這個“系體核”表現為一個大火球,有著極高的溫度,向外發出高強度的光和熱。地球是地球“系體”的“系體核”,它依賴“父系體核”太陽的光和熱,使地球具有了生命存在的基本要素,很長時間以來地球都是春意盎然、生機勃勃,眾多動植物繁衍生息,同時地球上也發生著一系列物理的、化學的和生物的變化,源源不斷的產生著生物食物鏈中的各類食物,使生命存在的新陳代謝永不停息。我們沒有人懷疑太陽對我們的作用,但它的絲毫變化對地球都有很大的影響。如太陽表面黑子的不時出現和太陽的磁暴,就經常影響我們的無線電通信,也使地球的氣候出現反常的表現,肆虐的洪災和慘烈的干旱,以及厄爾尼諾現象等。因此“系體核” 的變化,甚至是微小的變化,對周圍的“子系體”的影響都很大,有時是毀滅性的。
太陽有其特殊性,在天文學中被稱為“恒星”。作為太陽“系體”的“系體核”太陽與地球“系體”的“系體核”地球有著巨大的差別,那么太陽為什么就成為恒星發光、發熱呢?而地球就不能像太陽一樣成為可發光發熱的恒星呢?導致差別的原因是什么?是太陽的物質造成的結果嗎?地球和太陽的物質有什么不同?地球能否變成恒星?太陽能否變成不發光的行星?對于太陽有以下資料:
科學家根據對太陽光的光譜分析,發現太陽的構成成分和地球幾乎相同,所不同的是不同元素所占的比例不同,太陽上的主要元素大約70%的是氫元素和20%的氦元素以及10%的其他元素,太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區和對流區、太陽大氣。太陽的大氣層,像地球的大氣層一樣,可按不同的高度和不同的性質分成各個圈層,即光球、色球和日冕三層。太陽的核心區域相對較小,半徑只是太陽半徑的1/4,但卻是太陽那巨大能量的真正源頭。太陽核心的溫度極高,可達1500萬攝氏度以上,壓力也極大,使得由氫聚變為氦的熱核反應得以發生,從而釋放出巨大的能量。這些能量再通過輻射層和對流層中物質的傳遞,才得以傳送到達太陽光球的底部,并通過光球向外輻射出去。
從資料可看出太陽的構成成分和地球構成成分并無太大的差別,是幾乎相同的,那么它的上面為什么就發生如此大的變化,表現出超乎尋常的不同現象呢?在遠古的燧人氏時代,燧人氏發現用石鉆去鉆木頭,鉆過很長時間后,木頭先是冒煙,再后就生出火來,這種辦法解決了當時的生火問題。就是現在的人們用同樣的方法也可以生出火。這樣做怎么就能生出火呢?這是因為鉆頭與木頭發生摩擦,摩擦就產生了摩擦力,摩擦力所做的功就轉變為熱能,使得木頭不斷的變熱,當溫度達到一程度時,木頭就會燃起火來。從太陽光譜分析太陽上具有可燃物質,這里并不是我們理解的可燃物質,這些物質就是各種氣體、固體,甚至石頭也都是燃燒的材料。平時由于柴火濕度較大,我們要燃起一堆篝火難度很大,但我們看到的森林大火會無挑揀的將森林燃燒的片甲不留,原本森林中的樹木由于水分過大是不易著火的,但這擋不住森林大火的燃燒,終將森林燒為灰燼。能否燃燒取決于火勢,濕度較大的柴火在大火勢面前也是好燃料。地球和太陽也是一樣,具有同樣的可燃燒和爆炸的物質,那么是什么點燃了太陽?而點燃地球的它又到哪里去了?
我們可以做這樣的一個實驗:取一大一小(也就是一重一輕)的同材質的兩個球,分別拴在兩條繩子的一端,一個人分別拿起繩子的另一端將球甩起來,球的運動路徑是一個圓(圖6),我們一定感覺掄大球非常費力,掄小球就省力多了。如果將手握繩子的一端看成“系體核”,球看成“子系體”,繩子的拉力看成“系體核”對“子系體”的引力,那么掄球就是一個“系體”的模型?!白酉刁w”的多少和輕重對“系體核”的影響完全不同,也就是它們之間力的大小不同。太陽上的物質提供了太陽燃燒的燃料源,類似于鉆木取火中的木材,是太陽燃燒的內因。太陽周圍的八大行星及其他更多的小行星圍繞太陽旋轉,太陽要以巨大的引力才可吸引周圍行星,同樣還有強大的磁場力等作用力,太陽與這些行星之間的作用力是超大的,這些力終會以能量的形式轉化為熱能,使太陽溫度劇升,當溫度到達一定的程度,就會燃燒起來,劇烈的燃燒到一定程度就會發生爆炸現象,同時燃燒會到達太陽的表面,自然就出現光,終將太陽變成了一個發光體。超多超重的太陽“子系體”(行星)構成了太陽燃燒的外因,內因和外因的相結合就產生了太陽這顆恒星。

圖6 甩球示意圖
說明:人拽住繩子的一端,球綁在繩子的另一端,球的軌跡是一個圓
地球為什么不能成為恒星?地球的燃燒內因也是存在的,但不具備像太陽一樣的外因。地球的周圍沒有像太陽周圍的八大行星“子系體”,地球只有一個可以命名的月球“子系體”,相對太陽來說真是小巫見超大巫了,但月球對地球的作用力并不是沒有顯現,地球海洋的潮汐變化與月球引力就分不開,月球處在地球的不同位置就會造成地球海洋或一些河流的的潮汐現象。地球分三層,地殼、地幔、地核,地核部分是火熱的,溫度達5000多攝氏度,是融化的巖石混合物——巖漿,這種高溫的流體巖漿沸騰翻滾達到一定的極限就會從地幔最薄的地方釋放出來,被稱為火山,火山的出現就告訴了我們地球的內部情況。滾滾升騰的火山熔巖和火山灰其實就是太陽表面燃燒的景象,在地球表面發生火山的地方并不是很多的,因此地球上的火山并不是隨處可見。這種火山的范圍和地球的面積相比是微不足道,因此地球就成不了太陽。雖然地球不是太陽,但地球“子系體”對“父系體核”地球有巨大影響,地核的燃燒以及表現的一點火山都是地球“子系體”(月球和地球小衛星)對地球的功績。
對于月球“系體”它也有圍繞月球旋轉的小衛星,但沒有很大的,因此“子系體”對月球的影響要更小一些,月球的核超高溫的液態熔巖的體積將會更小,我們用最通俗的話說,月球的皮將更厚一些,當然月球上的火山就更少一些或者就不存在火山(圖7)。比月球還小的衛星“系體” 其內部就不會有超高溫的液態熔巖,也可以說它是實心的。

圖7 太陽、地球和月球燃燒的流動巖漿比例示意圖
說明:A為太陽,B為地球,C為月球
太陽、地球和月球的核三者可類比為三種核桃,月球的核就像野生山核桃,殼厚仁兒少;地球就像人工種植的普通核桃,有一定厚度的殼,但仁兒也不少;而太陽就像新科技培育出來的無殼核桃,它完全是仁兒,這三種核桃仁兒是一樣的,差別只是殼的厚薄不一。對八大行星中的其他大行星來說,也不具有太陽所具有的外因,因此也是不能成為像太陽一樣的恒星。其實地球不僅享受了太陽的光和熱,同時也為太陽發出光和熱作出了貢獻。在現在的天文研究中,對恒星和行星是徹底分開的,恒星永遠是恒星,行星也永遠是行星,各自的起源也是不一樣的,也是一成不變的,只談兩者的不同,很少將兩者等同看待,對太陽僅研究它的表面如何燃燒,而對于太陽為什么燃燒探討的并不多,其實地球和太陽是一樣的,表現的不同是因為“子系體”大小和多少的不同而造成的。我們無法到達太陽的表面看個究竟,但我們可以看到火山爆發的液體熔巖,其實就是太陽表面燃燒的一種形式。太陽表面的燃燒劇烈,巨爆應該是難免的,核爆也應該存在,但將太陽表面的燃燒統統歸于氫原子的核爆就太絕對了,多數的燃燒應該是普通的燃燒,我們所看到的火山噴發并不是核爆炸。
對于恒星和行星來說,恒星的早期其實是行星,由于外界的星體的爆炸等原因(參看后面“系體”的生命性)造成該行星逐漸變大,同時引力也在增大,周圍”子系體”就不斷地增多,這個行星就具備了成為恒星的條件,最終這個“系體核”的就變成了恒星,同樣,由于受自身燃燒的損耗,質量的銳減,或外界的因素的影響,能夠燃燒的條件又不具備了,那么它就又會變成一顆行星了。當然這種恒星和行星的變化,不是很短時間可完成的事,可能是幾億年、幾十億年甚至幾百億年的事。就是時間再長,總是行星可以變成恒星,恒星也可以變成行星的。
由于受地球周圍“子系體”(月球和小衛星等“系體”)的影響,施力的結果使得地球的核燃燒起來,變成了液態的巖漿,我們不能完全的看到,但可能從滾滾噴發的火山口感覺到,它是多么的壯觀,有時會升騰出地面數百米高,紅彤彤滾燙的巖漿流成了河,驅趕附近居民及其他的生命物質離開家園,給人類帶來了巨大的災害。但這只是災害的形式之一。當燃燒劇烈,又不會以火山的形式噴發出地面,要釋放這巨大的能量,那就會掀動地殼,使地殼搖晃或顫動起來,這樣地震就發生了,有一些地震對自然的破壞是空前的,對人類造成的災害,人類難以承受。
2008年5月12日在中國四川發生了大地震,這場地震波及了半個亞洲,造成人員死亡達10余萬,受災人數達數千萬,財產損失不計其數。再后2010年1月12日發生的海地大地震,2010年2月27日智利大地震以及2011年3月11日引起巨大海嘯的日本大地震等,也都造成大量人員的傷亡、財產的巨大損失和環境的嚴重破壞。對于這些地震,若能提前預報,那么對人類的這種災害損失將會大為減少,能不能預報地震?這是目前一個世界性的難題,一些信息資料顯示預報地震只有10%的把握,這個數字和“0”幾乎是一樣,對于地震的預報人類還處在一個十分被動的地步,是很難做出準確或較準確的預報。如何解決地震預報的問題,這與人類認識地球和認識宇宙的能力分不開,由于我們對地震還沒有完全的認識,因此要準確預報地震就是很難的事了。
地震并非隨時隨地都發生,特別是大地震(就是有破壞性的),它的發生時常是在不同地域,間隔很長時間發生一次或數次。在發生地震的地域,地下的地核巖漿的燃燒就會非常劇烈,以致燃燒的翻滾起來,這種翻滾就會使巖漿從火山口噴出或掀動地殼發生地震,在地震的當時,并不是地核內所有區域的巖漿都是如此劇烈的燃燒,其實絕大部分區域的燃燒的巖漿還是比較平靜的,燃燒是不很劇烈的,劇烈的也只是這一小部分,這樣其他的地域是不會有火山的噴發或地震的發生。地震時巖漿的燃燒就類似用鍋燒水,火可將鍋內的水燒的沸騰,但當撤去火時,水就會停止沸騰翻滾,再加入火時,水又開始沸騰翻滾。用較大的鍋燒水時,對燒開的水,火若加在鍋底的某個部位,只有鍋里這個部位的水沸騰翻滾,其他部位不翻滾,或翻滾較小,若將火換到鍋底的另一個部位,那么水的沸騰也會換到鍋的另一部位。地球內部的巖漿燃燒劇烈也是局部的,因此火山的爆發或地震的發生也是在地球表面的局部。地震預報就相當于預報開水鍋里的哪個部位在什么時間發生沸騰翻滾的現象,這就要知道什么時間在鍋的什么部位燒了火,掌握了加火的部位,加火的大小和時間,就可對鍋里的水沸騰翻滾做準確的預報,掌握了地核內的巖漿燃燒程度的準確變化,就可對地震的地域、時間和大小做出準確的預報。
地球內部巖漿的燃燒是地球和其“子系體”間的作用力造成的,作用力大小的改變就是地球“系體”的“子系體”的數量的改變或位置的改變造成的,當作用力增大時,燃燒就會加劇,當作用力變小時,燃燒就會變弱。由于地球外的“子系體”的分布并不均勻,因此地球在其各個方向上力的大小不相等,有大小之分是顯而易見的,掌握每個時間地球各個方向上力的大小就變成預報地震的最重要的一環,不斷地探索地球外“子系體”的數量和位置,不斷總結它們的變化規律,并進行適當的計算,或研制先進的觀測設備,就可以解決地球在每時每刻每個方向的受力情況,這樣要判斷地球內部哪個部位在什么時間會燃燒的劇烈就變得容易,要準確的預報地震就變成有可能。
對于現在的日歷,一年有12個月,但每月并不全是30天,還有31天、28天和29天,這是因為地球繞太陽旋轉在一年的時間內每月的天數并不是完全符合周期性,還需要經常的調整,這種調整是人類經過漫長時間摸索后得到的,直至今天人們才完全掌握了太陽運行的規律性。對于造成地震的地球“子系體”的運動也是有規律性的,這些“子系體”的運動規律性應該比太陽運行的規律性復雜,要掌握其規律性難度也更大一些,是需要更先進的科技理論、科技設備或更長的時間,但最終完全掌握是可以實現的。
由于地球“系體”的“子系體”的運動有一定的規律性,相比地球表面的大氣變化更具規律性,“子系體” 的運動變化也要比大氣變化緩慢很多,因此當我們掌握了地球“系體”的“子系體”的運動規律,預報地震就會比當今的天氣預報還要準確。當然這在現時還是讓人難以想象,人們會認為是不可能的。在目前理論之下,認為地震還是大陸漂移、板塊擠壓和地質斷層等因素造成的,這些都是從地球自身考慮的,它們并不是地震發生的根本原因。
出現新的科學理論,對宇宙做正確的認識,這不只是人們的興趣,也不只是為解決幾個疑問,重要的是它與我們的生活息息相關,有些事物的利用可以為我們的生活提供巨大的便利,認清有些事物的變化規律可以減少或避免災害的發生。人類認識宇宙的欲望是強烈的,認識宇宙的步伐也從未停止過,但認識宇宙的程度還很膚淺,認識宇宙的道路還很遙遠漫長。
地震發生和火山噴發在地球上是經常的事,給地球人類帶來了無數次的災難,它們發生時帶來的恐懼都是可怕和難以磨滅的。這一次一次的發生,記錄下來,標注在地圖上,我們就可清楚地認識地球上的地震、火山區域,也稱為地震(火山)帶,相關圖片可瀏覽相關的互聯網(http://hi.baidu.com/pianoccn/blog/item/506fd2f218bbbad67931aaa2.html)。
從全球火山、地震分布圖可看出地震、火山在地球上發生頻繁,分布廣泛,但它們基本都處在北緯30°和南緯20°之間,而在南北兩極的南極洲和北冰洋無有地震和火山發生的標注,那么南北兩極究竟發生過火山和地震的嗎?查閱各類資料,找到的結論均是:在地震史上,地球的南、北極地區還從未發生過任何級別的地震。兩極無火山,也未發生過地震,這是為什么?這一奇異的現象一直是科學界的一個未解之謎。對于這個謎有以下觀點:
美國科學家經過30多年的觀測研究后推斷,巨大的冰層是造成南極大陸和北極格陵蘭島內陸地區沒有發生過任何地震的主要原因。根據多年的觀測統計,研究人員發現南極大陸和格陵蘭島的冰雪覆蓋面分別達到90%和80%,而且冰層厚度很大,質量大得驚人由于巨大冰層的壓力,冰層下部的巖石幾乎處于“熔融”狀態,巖石的斷層自然無從談起。同時,由于冰層面積廣且質量大,那些地方的巖石在垂直方向上受到強烈的壓縮,這種巨大的垂直壓力與地殼板塊構造帶來的水平擠壓力相作用,正好達到平衡。作為平衡的結果,那些地方的巖層不會發生傾斜和彎曲,地殼的形變得以分散和減弱,地震也就不會在那里發生了。
專家們預言,如果南北兩極地區的冰層一旦融化,地下巖層缺少地表原有的壓力,巖層也會在地應力作用下發生傾斜或彎曲,到那時,南北兩極地區也可能會發生大地震。
——來源《羊城晚報》
冰層體積厚大,那么冰層的質量也就是巨大,言下之意就是地震推不動這龐然大物——冰。這種講法正確嗎?2008年5月12日,中國四川的大地震使得半個亞洲有震感,它釋放的能量相當于400枚高當量的原子彈,若是這樣的能量在兩極以地震的形式放出,再厚的冰層也是擋不住的,在兩極必會產生有震級(有感)的地震,因此兩極不發生地震不應是冰層巨大的原因。對于板塊的擠壓也完全是從地球的地殼構造來論述的,這個理由不應是地震不發生的原因。
再回到地震發生的原因,由于地球周圍“子系體”和地球之間的作用力,地球內部變成了燃燒的巖漿,而這些“子系體”又位于地球的黃道面上,那么地球與“子系體”之間的力的作用位置,應位于黃道面所劃過的區域,并且這個力也并不會指向地球的兩極的方向,這樣地球與“子系體”的作用力剛好留下了南北兩極的區域,這個區域無“子系體”力的存在,對于地球兩極的核中燃燒的巖漿來說就不會劇烈起來,也永遠劇烈不起來,火山和地震就沒有發生的條件,自然而然表現為兩極無火山和地震。就是兩極冰層融化,同樣的兩極也不會發生地震,也不會有火山的噴發。
地球的兩極部分無火山和地震,是由于兩極的核內燃燒不會劇烈。豈止不劇烈,實際燃燒也要比地震帶區域中核內不地震的情況下還要差,兩極的地殼與地幔要比地球的其他地區的地殼和地幔厚,也就是地球各處的地殼和地幔厚度不同,在赤道及其兩側地殼和地幔應薄一些,而在兩極地殼和地幔就要厚一些,這樣地核的形狀就不同于地球的形狀,地核中燃燒的巖漿部分的形狀是一個扁球體,就可將地球前面所畫的剖面圖做一修改(圖8),還有地球內部結構示意圖(圖9),它們都表明了地球核的形狀。

圖8 地球內部剖面結構示意圖
說明:地核為一扁球

圖9 地球級其內部結構示意圖
說明:地球核為一扁球
我們現在做這樣的一個假設:剝去地球的地殼和地幔,一種是剝去全部的地殼和地幔,只剩下地球核,也就是完全燃燒的巖漿,它的形狀是什么樣子?這種情況剩余的部分就是一個扁球體,但這個扁球體的表面并不是光滑的扁球面,在其表面上有很多溝壑,有時還有大坑,當然小坑更是不計其數,形狀已變成了十分不好看的扁球體,也可稱為麻臉扁球體(圖10)。另一種是等深度的剝去地殼和地幔,這樣剩余部分又是什么樣子?第二種剩余部分則是一個光滑的球體,這個球體可是一個完整的球體,但球體的表面卻不盡相同,有些地方可看到燃燒的巖漿,有些地方還和地幔的情況相同,不能看到燃燒的巖漿,我們可以再剝去一些,會發現可看到燃燒的巖漿的范圍再擴大,不燃燒的地方再縮小,不燃燒的部分剛好填補第一種扁球體變成球體的缺失,在這里球體的兩極部分未見到燃燒的巖漿(圖11),當然若在兩極剝出了燃燒的巖漿,那就剝去了很多燃燒的巖漿,剩余部分就是一個完全由燃燒的巖漿構成的完整球體。

圖10 地球剝去地殼和地幔后剩余部分為表面不完整的扁球

圖11 地球等深度剝去地殼和地幔見到大部分地核時的球形
這種做法的兩種形式結論是否正確?既然我們的地球的核與太陽是相同的,因此這種做法就是由地球剝出了一個太陽,大家都知道太陽是一個球體,還是一個氣態球體,上面剝出的第一種形狀不是球體,第二種雖是球體,可并不是完全由燃燒的巖漿構成,這應該是太陽的樣子了,但兩極與太陽似有差異。
太陽是一個光球,在正午時段內我們很少用肉眼去看太陽,這是由于它的光線太強,特別刺眼,讓人很不舒服,只有在早晨太陽剛升起或下午太陽快落山時,我們直視太陽較多,我們看到的就是一個紅彤彤的球體。要是仔細一點會看到太陽黑子。太陽黑子有以下資料:
▲太陽黑子
在太陽的光球層上,有一些旋渦狀的氣流,像是一個淺盤,中間下凹,看起來是黑色的,這些旋渦狀氣流就是太陽黑子(sunspot)。黑子本身并不黑,之所以看得黑是因為比起光球來,它的溫度要低一二千攝氏度,在更加明亮的光球襯托下,它就成為看起來像是沒有什么亮光的、暗黑的黑子了。
太陽有黑子,看來太陽表面也不是完美無缺的,黑子的部位不僅溫度比周圍的溫度低很多,而且還是下凹的,用通俗的話說,黑子的部位是不平整的。太陽黑子所顯示的只是太陽很少區域的下凹且不平坦,也是與周圍相比較燃燒較弱的區域,其實在太陽表面的燃燒狀況還有更多的不一樣,有些地方燃燒劇烈,我們在日全食所拍的照片中看到長長的日珥就是太陽燃燒劇烈的區域,當然也有許多的地方沒有日珥,說明也有許多的區域燃燒的并不劇烈,有沒有燃燒很弱或不燃燒的區域,我們還是看看太陽的冕洞(圖12)。

圖12 太陽冕洞示意圖
對于太陽的冕洞有以下資料:
冕洞(coronal hole)
日冕中一些輻射很弱、亮度比周圍小得多的區域,從X射線或遠紫外線的日冕照片上都可以看到。1950年,德國天文學家瓦爾德邁爾從地面上觀測的單色光太陽綜合圖上首先發現冕洞。1964年,在火箭上拍攝到X射線冕洞照片。1967年,軌道太陽觀測臺4號利用遠紫外線觀測到冕洞。1972年,坎杜等在射電波段也觀測到冕洞。1975年,博林等利用天空實驗室拍攝的HeⅡ304單色照片,繪制了冕洞邊界的綜合圖集。同一時期諾爾蒂等用天空實驗室得到的軟X射線資料編制了另一部圖集。這兩部圖集有較好的一致性,為研究冕洞的分布和性質提供了豐富素材。
冕洞大致分三種:①極區冕洞,位于兩極區,常年都有;②孤立冕洞,位于低緯區,一般面積較小;③延伸冕洞,向南北延伸,從北極區向南延伸至南緯20°左右或由南極區向北延伸至北緯20°左右,且同極區冕洞相接,面積較大。在天空實驗室飛行期間(太陽活動下降期)太陽表面覆蓋18%~19%的冕洞。有趣的是兩極的冕洞面積總和是相當穩定的。若一極的冕洞變大時,另一極的便縮小,而總面積基本上保持不變。冕洞的壽命一般為5個太陽自轉周,有的可達8~10個自轉周,甚至一年。冕洞是太陽上一種比較穩定的現象,其面積增長率和衰減率相同,為(1.5±0.4)×104km2/s。冕洞相對于太陽表面基本不動,并隨太陽自轉作近似的剛性旋轉。與黑子相比,它具有更強的剛性旋轉性。冕洞是日冕中密度較低的區域。1975年,瓦爾德邁爾測得冕洞中心密度為周圍日冕的十分之一。1972年,芒羅等人根據遠紫外線探測資料推算出冕洞密度約為寧靜區的三分之一。1977年,他們測得極區(緯度68°以上)冕洞在離太陽2~5個太陽半徑(3R⊙)的電子密度和粒子流速。研究表明,在2.2~3R⊙處,粒子的流速就從亞聲速轉為超聲速。冕洞的溫度約為100萬攝氏度,比寧靜日冕區低一些,而溫度梯度則只有后者的十分之一。
冕洞僅存在于大的單磁極區域中,而且不與大尺度磁場圖的中性線相交;但并不是每一個單極磁區都能產生冕洞。冕洞總是出現在與該半球具有相同極性的磁區中。冕洞中的磁場是不均勻的。各孤立冕洞的磁場強度不等,從零點幾高斯到十幾高斯。冕洞與無冕洞區的磁場強度差不多,但比活動區弱。極區冕洞場強在1高斯左右。1972年,阿特休勒等用無電流場模型對冕洞進行了計算,提出了它有開場線的可能。1977年,萊維恩認為冕洞內不是所有場線都是開放的。1978年,諾爾蒂等認為冕洞的大尺度變化是磁場線突然開閉引起的。場線開放時,冕洞擴展;場線閉合時,冕洞收縮。盡管在不少冕洞照片上能夠看到開場結構的特征,如冕洞的羽狀結構、冕洞邊緣的浪花狀結構,但還不能肯定它在任何時候都有開場線。不少學者對冕洞同太陽風和地擾動之間的關系做了統計研究,發現小的低緯冕洞同地球附近空間速度約為每秒550千米的太陽風有很好的相關性。高緯冕洞(特別是極區冕洞)能產生高速太陽風,但一般不能到達地球。大的冕洞(即使在中緯區)與地球周圍大于每秒700千米的太陽風有較好的相關性。長壽命的赤道冕洞是太陽風的風源,也就是M區,它能引起重現性的磁擾。關于冕洞的形成問題尚未解決。
日冕中為什么會出現一些輻射很弱、亮度比周圍小得多的區域?這些區域的真實情況是什么?它相對周圍輻射很弱,亮度也小,溫度也比周圍低很多,由于顏色相對周圍要暗很多,幾乎呈黑色,這樣才稱為冕洞。那么我們要問冕洞的這個區域燃燒了沒有?若燃燒,它將會和冕洞的周圍一樣,就沒有洞的表現,輻射與周圍相比不會變弱,亮度也不會比周圍的暗。當不燃燒或燃燒很差時,那么亮度就不會強于周圍,必然這個區域的溫度要低一些和輻射要弱一些。周圍因燃燒而升騰的氣體,也使得冕洞的邊界是一種模糊的景象。在太空看地球,由于大氣層的干擾,我們看到的地球的表面也會像一個個邊沿模糊的綠色或藍色的洞,這里就可以說冕洞內其實就是太陽表面未燃燒的或燃燒很弱的區域。
冕洞大致分為極區冕洞、孤立冕洞和延伸冕洞三種。這里只有極區冕洞常年都有,另兩種冕洞不僅有大小的改變,也有位置的改變,也會有時出現有時消失,看是呈現規律(周期)性變化。對于兩極冕洞雖然常年都有,有趣的是兩極的冕洞面積總和相當穩定,若一極的冕洞變大時,另一極的冕洞就會縮小,而總面積基本上保持不變。如果冕洞是太陽表面未燃燒的區域,那么為什么兩極不燃燒,而兩極的不燃燒區域又發生著大小變化。對于其他不燃燒的區域,有時變大,有時變小,有時從無到有,有時從有到無,形狀有圓的也有條形的,真是變化萬千,神秘莫測,這些現象都是什么原因造成的呢?
在研究地球核的燃燒狀況時,是從地球的受力出發的,對于太陽的冕洞也是一樣的。太陽周圍有許多大大小小的“子系體”,這些“子系體”與太陽間的作用力是巨大的,且是多方向的,就是這些力導致太陽變成了一個燃燒的發光體,但這些力并不是同大小的,方向也不是均勻分布的,這樣就導致在太陽的有些部位作用力較大,有些部位作用力較小,較大的作用力使得太陽表面燃燒起來,較小的作用力就使得太陽的這個表面不會燃燒或將要燃燒,對于太陽表面燃燒的部分是主流的,作用力小的不燃燒區域卻是少部分,比例雖小但還是存在的。隨著太陽“子系體”因公轉位于太陽周圍的位置不同,太陽各方向上受力的大小、位置也在發生改變,改變的結果,原來位置作用力較大變為較小,或作用力較小變為較大,這就產生了冕洞的上述變化,就是連接兩極的延伸冕洞也是作用力的大小和位置的改變而引起的,冕洞的這種變化是有一定時間的,這種變化相對宇宙的年齡是非常短暫的,但相對地球人類對時間的感受并不短暫,一年左右的變化時間是正常的,因為我們是以地球繞太陽公轉一周為一年,太陽“系體” 中的其他“子系體”計年雖與地球不一樣,但差異并不太大,最多也是數倍。那兩極的冕洞是怎么一回事?由于太陽的“子系體”均位于太陽的黃道面(太陽子系體所在的平面)內,因此作用力的方向也就在黃道面內,永遠也不會有位于兩極且與太陽的自轉軸同方向的作用力,這樣太陽的兩極就缺少了燃燒的條件,太陽的兩極就不會燃燒了,也就表現為冕洞的形式,并且是常年都有的冕洞。太陽周圍的“子系體”并非固定在一個面上,也就是太陽的黃道面與太陽赤道面的夾角總在改變著,這種夾角的變大或變小就導致太陽兩極冕洞的大小變化,兩極的冕洞經常發生這樣的大小變化,而總面積基本上保持不變。
太陽上的冕洞是太陽表面沒有完全燃燒的表現,未燃燒區域和燃燒區域處除顏色的差異外,還有其他一些差異,如磁場的差異、溫度的差異等。對于燃燒部分和不燃燒部分的磁場強度是不一樣的,冕洞使得磁場強度的變化直接影響著地球的環境,如通訊設施的工作狀態,氣候環境的變化等。溫度的差異在太陽上有什么表現呢?它對太陽以及太陽“系體”的“子系體”有什么影響呢?我們還是從地球上的溫差表現來說,地球上的地理環境是非常復雜的,有高山和平原、沙漠和綠地、海洋和陸地、赤道和兩極等,這各自的兩者都存在巨大的溫差,這些溫差造就了地球上的大氣環流,這種環流我們稱其為“風”,夏天的風微微吹過,人們感到涼爽舒適;冬天的風吹過,人們感到寒冷刺骨,不時發生的熱帶風暴,給人類帶來了巨大的災害。風直接影響著地球的環境和人類的生活。地球大氣環流可參考相關的地理知識。
由溫差的大小,將地球可分為高壓帶和低壓帶,它們都形成了地球的大氣環流,這里可分為大氣小環流和大氣大環流。對于小區域的的大氣環流就是小環流,對于由兩極及赤道大溫度差所形成的大氣環流就是大環流了,南北極在大氣大環流中起到了關鍵性的作用,這是因為兩極是地球上溫度最低的最大區域。
太陽上的冕洞造成的溫差應該比地球溫差還要大,太陽沒有像地球一樣的空氣,能否形成一種氣體環流呢?這是肯定的,地球空氣是空氣離子(混合離子),大氣環流就是空氣離子的流動(是熱能的作用),太陽沒有空氣,當然不會有空氣離子,但太陽有其他可流動的粒子,也并不比空氣離子的密度小,這些粒子就構成了太陽“系體”的環流,這種粒子的環流就稱為太陽風,對于太陽風有以下資料:
太陽風是從恒星上層大氣射出的超聲速等離子體帶電粒子流。在不是太陽的情況下,這種帶電粒子流也常稱為“恒星風”。太陽風是一種連續存在,來自太陽并以200~800km/s的速度運動的等離子體流。這種物質雖然與地球上的空氣不同,不是由氣體的分子組成,而是由更簡單的比原子還小一個層次的基本粒子——質子和電子等組成,但它們流動時所產生的效應與空氣流動十分相似,所以稱它為太陽風。
太陽風的密度與地球上的磁場的密度相比,是非常稀薄而微不足道的,一般情況下,在地球附近的星際空間中,每立方厘米有幾個到幾十個粒子。而地球上風的密度則為每立方厘米有2687億億個分子。然而太陽風雖十分稀薄,但它刮起來的猛烈程度,卻遠遠勝過地球上的風。在地球上,12級臺風的風速是32.5m/s以上,而太陽風的風速,在地球附近卻經常保持在350~450km/s,是地球風速的上萬倍,最猛烈時可達800km/s以上。太陽風從太陽大氣最外層的日冕,向空間持續拋射出來的物質粒子流。這種粒子流是從冕洞中噴射出來的,其主要成分是氫粒子和氦粒子。太陽風有兩種:一種持續不斷地輻射出來,速度較小,粒子含量也較少,被稱為“持續太陽風”;另一種是在太陽活動時輻射出來,速度較大,粒子含量也較多,這種太陽風被稱為“擾動太陽風”。擾動太陽風對地球的影響很大,當它抵達地球時,往往引起很大的磁暴與強烈的極光,同時也產生電離層騷擾。太陽風的存在,給我們研究太陽以及太陽與地球的關系提供了方便。
對于太陽風應該有兩種形式,一種是太陽表面溫差形成的粒子環流,這個粒子環流與地球大氣環流是一樣的,也應該有高壓帶和低壓帶,粒子環流也分為強和弱,較大的冕洞和兩極的冕洞對粒子的大環流起著關鍵的作用,會形成強粒子環流。另一種就是太陽將其高溫的粒子流向太陽周圍“子系體”(低溫區),我們在地球就能感受到這種太陽風,也就是上述資料中的太陽風。
冕洞是太陽上的特殊現象,對于太陽本身和太陽“系體”影響非常巨大,兩極的冕洞與太陽其他區域的冕洞也有著很大的差異,當然兩極冕洞常年都有,其他的冕洞,有時有,有時無,有時在這里,有時在哪里,因此我們有必要將他們區分開來,對于兩極冕洞可稱為“太陽黑極”(圖13),其他的冕洞仍然稱冕洞。在地球上,我們并不能看到“太陽黑極”,要看到“太陽黑極”,必須位于太陽兩極的上空區域,這點人類已經做到了,1990年美國發射了尤利西斯探測器,該探測器超期使用,17年的時間曾經三次飛過太陽兩極,觀察太陽兩極的冕洞,得到了大量的探測數據,也證實了兩極冕洞的存在形式,也就是證實了“太陽黑極”的存在。關于尤利西斯飛行路線圖可瀏覽互聯網的相關內容。

圖13 太陽“黑極”示意圖
認識了太陽后,回過來我們再看前面剝去地殼和地幔的所剩余地球核,雖然剝去的方法不一樣,但地球的核確實與太陽沒有差別,我們的地球核就是一個小“太陽”,進一步看月球的核也是一個更小的“太陽”。
太陽“系體”中,水星、金星和火星與地球的核也是基本相同的,這是因為它們的差異不大,并且它們的較大的“子系體”沒有或最多只有兩個,因此它們的殼和幔就比較厚,在這些星體的表面除了火山和地震外,它們的核對這些星體表面的影響是看不到的,這樣這些星體就和地球一樣呈現石質結構。但對于太陽“系體”中的木星、土星、天王星和海王星來說,就不一樣了。它們的體積比四個石質的星體大得多,它們的較大“子系體”數量也很多,木星有16個衛星“子系體”,土星有23個衛星“子系體”,天王星至少有14個衛星“子系體”,海王星也有9個衛星“子系體”,這樣就導致它們的核所占比例變大,它們的表面火山和地震變得非常頻繁,地域較廣,但絕不出現在兩極,它們的殼和幔也變得非常薄,核的高溫直接傳到表面,使得表面物質不能全部以固態的形式存在,導致它們變成液態或氣態,但核的燃燒并未完全到達表面,這就不同于太陽,這樣它們就變成了介于太陽和石質行星間的氣態星體(也是行星)。
石質行星“系體”與氣態行星“系體”是截然不同的,將這八個行星統稱為太陽“系體”的八大行星顯然不合適,我認為四個石質行星稱為大行星“系體”,另外四個氣態行星應稱為太陽“系體”的超大行星“系體”。這樣太陽“系體”就可表示為:
太陽“系體”={太陽,超大行星“系體”,大行星“系體”,矮行星“系體”,小行星等}。
超大行星“系體”包括木星“系體”、土星“系體”、海王星“系體”、天王星“系體”等,大行星“系體”包括水星“系體”、金星“系體”、地球“系體”、火星“系體”等,矮行星“系體”就是冥王星“系體”。
從力的角度出發,我們研究了太陽“系體”的恒星和行星的特點,可以說已經搞清楚了它們的結構,對于太陽“系體”外的其他恒星“系體”和行星“系體”有什么特點?它是什么結構呢?對于恒星“系體”應與太陽“系體”一樣,有超大超多的“子系體”,表面燃燒,也有黑子和冕洞,兩極也是黑極,可以稱為“恒星黑極”,恒星風有大有小,分內外兩種環流體系,環流體系的風也依然刮個不停。行星“系體”中有像太陽“系體”中的石質結構的大行星“系體”,也有像太陽“系體”中的氣態超大行星“系體”。
對于“系體”的結構,形式簡單,內容復雜?!跋刁w核”也并非只具有體積、引力那樣的簡單,它有著復雜的結構,對于不同的“系體”,它的“系體核”各有不同,可有體積、質量、輻射、磁場等的不同,可因“系體”的大小不同相應的其他各量的大小也有所不同?!跋刁w”的存在形式是由“系體核”直接決定著。
由前面“系體”的概論可知,國和家都是“系體”,它們都有同樣的結構,因此人們將兩者放在一起就有了一個“國家”,這完全反映了它們具有的共同結構。但它們也有著巨大的差異,這個差異主要體現兩點,一是大小,二是“系體核”的作用。一個家長的作用與一個國家領導人的作用是無法比擬的,這也類同于太陽“系體”與地球“系體”的“系體核”的差異,兩個系體存在巨大差異就是必然的。
“系體核”是“系體”的管理者,它管理著“系體核”本身以及周圍的“子系體”,管理方式就是對周圍“子系體” 的作用力,迫使其“子系體”在自己周圍不可逃離并且圍繞其作著近乎規律性的旋轉運動,“系體”其實就是一個有秩序、有規律、相互依存的人文的或物質的自然組合體。