「太阳磁场」黄金太阳2职业(黄金太阳2职业攻略)
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人类对于太阳的崇拜和探索从未停止过。研究太阳是对人类自身和人类家园的一种探索，对于太阳物理而言，研究太阳的内部对人类科学技术发展以及现实生活有着重要的启发意义。人类研究太阳的历史进程是怎样的？什么是太阳磁场和太阳活动？我们为什么要研究太阳？
出品：格致论道讲坛
以下内容为中科院院士汪景琇演讲实录：
大家好，我是中国科学院大学和中国科学院国家天文台的汪景琇，是一名从事太阳研究的天文工作者。我想从太阳研究说起，和大家一起回顾一下那悠长、艰难又辉煌的探索历程。
人类对太阳的崇拜和探索从来没有停止过。在两千三百多年前，伟大诗人屈原在他的著名诗篇中提出了许多问题，包括宇宙早期如何由混沌变为有序、宇宙的结构、时间的划分、日月的归属、恒星的分类以及太阳运行的特征、太阳从升到降到底走了多少里。这些问题当中有一些跟现代自然科学有很紧密的关系。
比如为什么给太阳赶车的车夫羲和的鞭子还没有扬起来，也就是太阳还没有升起时，却能在西北若华林上空看到光彩？这显然是指今天人类所观测到极光现象。他还提出了“何所冬暖，何所夏寒”，也就是为什么会出现冬天暖和、夏天寒冷的气侯异常。这些问题都引起了我们的深思。
从太阳研究中探寻宇宙奥义
讲到太阳和天文学，我们不能不回到哥白尼开启的天文学革命。
▲哥白尼开始的天文学革命
哥白尼否定了神学所依赖的地心说，把科学从神学的桎梏下解放出来，从此人类开始了伟大的科学探索。
在后来的两个世纪里，第谷对太阳系行星运动做了极为详尽的目视观测；开普勒借助他的观测总结出了行星运动的三大定律；伽利略是第一个开始用望远镜观测太阳系天体的人，同时他又进行了自由落体等科学实验；集大成者是艾萨克牛顿，他总结行星运动的三大定律提出了万有引力定律，另外又建立了牛顿力学。他和莱布尼茨等其他学者一起发展了微积分，拉开了现代科学和工业革命的序幕。
哥白尼开始的天文学革命一直持续到了今天。
▲太阳系(天体物理)
在被发现的数以千计的太阳系外的恒星和行星系统中，我们的太阳和太阳系无非是其中最早被知道的一个而已，它甚至于谈不上是一个典型的例子。
天文学的进步使人类接近这样一个古老问题的答案：人类在宇宙中是否孤独？我们的系外邻居在哪里？我们必须谦恭而深刻地思考：地外的生命到底在什么地方？
所以，太阳、恒星和它的行星系统是如何形成、如何发展、如何孕育了智慧的生命、到哪里去寻找地外生命宜居的行星系统？这些成为了当代天文学非常重要的课题。
那么为什么要研究太阳呢？研究太阳实际上是对人类自身和人类家园的一种探索。
太阳物理在对太阳内部的研究当中，有很多事情会对人类科学技术发展和现实生活有重要的启发。比如太阳的能源是什么？为什么太阳会提供源源不断的能源？这就使得人类开始了发展人造小太阳的努力，也就是在地球上进行受控热核反应，来提供源源不断的清洁能源。
对太阳大气和太阳活动的研究很重要，因为它控制了人类的生存环境。而研究太阳对地球、太阳系天体和整个太阳系的影响，对我们理解恒星和行星的相互作用，以及宇宙中生命的产生有重要的意义。
▲描述恒星光谱类型和恒星亮度关系的赫罗图（Hertzsprung–Russell Diagram）
太阳只不过是银河系几千亿颗的恒星中普通的一颗。这是二十世纪初两位学者发展的赫罗图，它的横轴是恒星的光谱型，纵轴是恒星的绝对亮度。如果在这样一张图上把所有恒星点起来，会看到中间是一个主序恒星带。我们的太阳正好是一个主序恒星，它是橘黄色的，光谱型是G2V。正是因为它的普通，我们对它的研究就显得格外重要。
我们就生活在太阳所控制的一个太阳系内，空间物理学者喜欢把太阳系称为日球。太阳用它的能量粒子太阳风在银河系的空间中划出一个空腔，在这里有八大行星、五大矮行星还有小行星带和柯伊柏带等等。这就是太阳系，是我们美丽的家园。
▲日球（Heliosphere）
从太阳风的影响来看，它大概能一直持续到120个日地距离或者说天文单位（Astronomical Unit，AU）。从天体物理学的角度来看，太阳的引力影响大概是23万个日地距离，会更大一些。
太阳究竟是一个怎样的存在？
我们如何理解太阳研究？太阳到底是怎样一个恒星？
我们说它很普通，但是它又很特殊，甚至具有唯一性。
由于它离地球最近，所以它是唯一一颗可以进行高时间、高空间和高光谱分辨率观测的恒星。同时，由于它的光度足够强，所以它的偏振信号也就是磁场信号可以被测量。从高时间分辨率来看，太阳在一毫秒之内的变化几乎都可以被观测到。另外，它是唯一一个可以对太阳风、地球空间甚至对行星际空间、外行星进行原位探测（in-situ measurements）的恒星。所以在某种意义上，太阳物理学又可以叫做原位的天体物理学。
同时，太阳系也是银河系内唯一创造了智慧生命的恒星系统，所以对太阳系的研究相当于是对人类自身和人类生活环境的研究。
太阳控制着人类的生存环境，我们可以看到，太阳与地球之间有着稳定的联系，这个稳定的联系是通过太阳的电磁辐射，也就是各个波长的光还有高速太阳风的能量粒子流建立起来的。
▲太阳与地球的联系和太阳的爆发
太阳还经常会发生一些剧烈的爆发活动现象，包括太阳耀斑、日冕物质抛射，还有高能粒子暴。这些是太阳的瞬变过程，它对人类的环境也产生了很重要的影响。
▲地球磁层屏蔽太阳高能粒子保护地球
这些剧烈的活动没有伤害到人类的一个重要原因是，地球用一个很强、很厚的磁层把自己保护起来了。这里有磁层顶、磁尾，太阳风和磁层顶之间形成了弓激波，它把太阳的高能粒子屏蔽在外，让它不至于进入到地球空间。除了从磁尾通过地球极区进入地球大气的高能粒子之外，其他的地方都是安全的。人类得以生存跟这有很大的关系。
现在我们来回顾一下人类历史上对于太阳的研究。
中国人的祖先在四千多年前就观测了日全食，在两千多年前就有了目视黑子的正式的记录。但是太阳的望远镜观测是在1610年由意大利学者伽利略开始的。
这之后的200年，太阳物理也取得了很大的进步。德国物理学家夫琅禾费发现了太阳的吸收光谱，使得我们能够通过光谱的变化来研究太阳的结构和演化；同时，一位叫施瓦布的德国药剂师发现了太阳黑子的11年周期；另外一个很重要的事件是业余天文爱好者英国的卡灵顿发现了太阳耀斑，找到了太阳和地球之间的联系。这个事件对太阳研究的影响直到今天依然非常大。
20世纪也发生了一些标志性事件。比如加州理工学院的教授黑尔发现了太阳磁场，这是人类第一次在地球之外发现磁场；为了解释太阳的磁场，著名学者、芝加哥大学的物理学教授帕克提出了太阳发电机的概念，预言了太阳风的存在；加州理工学院的学者莱顿等发现了太阳振荡，提出了唯像的太阳发电机理论。
另外，著名学者戴维斯在1968年开始观测太阳中微子，那时很多人都不理解，甚至有人问他：你观测的到底是什么东西？他的文章也很难得到发表。但是最后中微子的发现使他得到了2002年的诺贝尔物理学奖。接着在1971年，日冕物质抛射被发现；在1994年，美国国家的十几个部委和美国基金委、美国宇航局联合提出了美国的国家空间天气计划，从此一个新的学科——空间天气学发展起来。
进入21世纪，太阳物理又开始了一个新的黄金时代，有人说这是太阳物理的伟大的文艺复兴。
2012年旅行者一号走出太阳系，这说明人类不仅在太阳系内进行探索，而且还走出太阳系，对星际空间进行探索；2018年，美国把一个以物理学家帕克命名的探测器发射到太空，它将在几年的时间内逐渐地接近太阳，最后到太阳大气中离太阳表面只有九个太阳半径的地方去“触摸”太阳。这让我想起了屈原的诗歌里的一句话：“折若木以拂日兮，聊逍遥以相羊。”那个时候诗人屈原就要把若木林的枝叶摘下来去拂拭太阳。
这是人类对太阳研究的一个大致回顾。
太阳研究对整个物理学和天体物理学有重要贡献，诺贝尔奖记述了这些伟大历程。其中，恒星的产能理论获得了1967年的诺贝尔物理学奖；基于对太阳活动的研究，科学家发展了宇宙磁流体力学，获得了1970年的诺贝尔物理学奖；关于恒星晚期演化的理论也得益于对太阳的详尽观测，获得了1983年的诺贝尔物理学奖；前面已经提到，在2002年，关于太阳中微子的观测获得了诺贝尔物理学奖；1995年发现太阳系外行星则获得了2019年的诺贝尔物理学奖。
太阳物理中的精彩篇章
在太阳物理当中，最精彩的篇章是太阳磁场和太阳爆发。太阳磁场是如何产生的？它的结构、內禀性质、相互作用、复杂的拓扑结构是怎样的？它如何通过磁能积累和爆发释放产生太阳耀斑和强烈的太阳活动，进而影响和控制人类的生存环境，甚至促成了地球上生命的诞生？
2021年12月初，美国科学院发布了2023-2035年天文学和天体物理学的发展规划，文中提到：“现代太阳物理研究，是要理解从内核到日球的整个太阳，其目的是提供对影响地球生命的磁场及与其相联系的爆发现象的完整描述。”这就是我这里想集中讨论的。
讲到太阳磁场，我们不能不提到塞曼效应。塞曼是一位荷兰的物理学家，他在1897年发现了塞曼效应：如果把发光的物体放到强磁场中，这时原子的发射光谱就会发生变化，它不再是一条，而是变成了三条或者多条。
▲塞曼（左），黑尔（右）
这种现象叫做塞曼效应。后来洛伦兹对它做了理论解释。这是在物理学当中继发现X射线之后的一个重大发现。塞曼效应的发现得到了1902年的诺贝尔物理学奖，在这之后的第6年，加州理工学院的创始人黑尔教授马上就想到了如何用塞曼效应来测量太阳的磁场。
▲1908年黑尔基于塞曼效应的原理发现黑子强磁场
在上图中我们可以看到，经过太阳黑子的光谱是一分为三的。黑尔教授根据塞曼效应计算了黑子的磁场强度，发现黑子本影的磁场强度可以到4000-5000高斯（即0.4-0.5个特斯拉）。这是人类第一次在地球之外发现了磁场。
黑尔是一位很传奇的人物，他把加州理工学院从一个工艺职业学校变成了世界上最著名的大学之一。它每年的招生规模跟中国科学院大学差不多，也就是三四百个学生，但是在历史上却产生了几十位诺贝尔奖获得者。
黑尔的工作相当于第一次用物理学的方法研究一个天体对象，这样，他就把天文学带到了天体物理学，开启了一个新的阶段。甚至天体物理学“astrophysics”这个英文单词也是他发明的。他还创办了著名的《天体物理学报》（The Astrophysical Journal）。
太阳活动的基本形式就是太阳黑子，在上面的视频中，日面上的太阳黑子很快展现为太阳磁场，正极表现为亮色的斑块，负极表现的是暗色的斑块。磁场结构非常复杂，我们看到的黑子不过是太阳的更复杂的磁场在太阳光球的展现。
这是基于刚才的磁场观测，在一定的理论假定下计算的三维太阳磁场，我们可以看到太阳磁场有非常复杂的拓扑结构和全球范围的连接性。
▲太阳磁场结构和演化极其复杂：太阳活动区磁场的浮现、演化和相互作用(Yang Liu et al.2012)
太阳磁场的浮现也是一个非常剧烈的物理过程。这里黑子正极是蓝色，负极是红色，短线代表磁力线的走向。我们注意到这个黑子正负极的磁通量同时从日面上浮现出来，而且相反极性的磁场通过剪切、挤压，孕育了大量的磁能，这些磁能会快速地释放。
▲太阳活动区磁场的相互作用和磁能的释放
在磁能快速释放的地方，我们看到了硬X射线辐射。这种在局地区域内太阳的能量爆发式释放过程被称为太阳耀斑。太阳耀斑就是磁能在活动区积累和爆发式释放的过程，所以它代表了宇宙中磁流体力学过程的一种很普遍的存在形式。
太阳大气是由带电的正离子和电子所组成，它是部分电离的，它受到磁场作用，呈现出了缤纷复杂的结构。上图是我国云南天文台抚仙湖所观测到的太阳边界的日珥现象，大家可以看到太阳的边界与不停爆发的小尺度的针状体。这种小尺度针状体每一个都相当于一个喷流（jet）。我们还能看到飘逸而潇洒的大尺度日珥和一些很奇怪的结构，比如日珥的底边界。
这让我想起了加州理工学院的Zirin教授，也是我在加州理工学院访问合作时的合作导师，在他的名著《太阳的天体物理学》里的一句话：“像绿色的草场和原始的森林，太阳的米粒、黑子和高雅飘逸的日珥呈现着大自然纯粹的美丽，给予那些致力于研究它的人们以美学的欢乐和科学的挑战。”这就是天文学家所追求的。
▲太阳活动及其空间天气效应
太阳活动及其空间天气效应可以通过这个动画展示出来：在太阳大气内，由于磁能的积累，局部区域会有软X射线爆发（视频中表现为红色）、硬X射线爆发（视频中为蓝色）和日冕物质抛射，日冕物质抛射到星际空间会变为磁云。
这个日冕仪的探测器表面出现了很多个杂乱的雪花暴。这里每一个雪花斑点，都是一股太阳的高能粒子轰击在这个探测器上所留下的痕迹。
▲日冕物质抛射和磁云
如果我们把这个距离拉得更远一点，我们可以看到，太阳在视场里不过是一个小小的斑点，但是它所抛出的磁云尺度却非常大，差不多是几十倍甚至成百倍的太阳的尺度。那么这些磁云是什么呢？
▲ 磁云由太阳磁场驱动并通过电磁相互作用影响地球环境
所谓磁云，就是一团扭缠在一起的磁力线（和磁场），带着太阳的等离子体即太阳的完全或部分电离的物质抛向行星际空间。我在上图两侧画了扭缠的磁力线和磁环，这是从中图里的两个不同的宇宙飞船中看到的太阳和地球。日冕物质抛射和磁云可以轰击地球的磁层，甚至在比较剧烈的日冕物质抛射中，磁云一直可以到太阳系的边界，影响到太阳系的外行星系统。
大家可能还会问，太阳黑子只占太阳表面大概百分之一二的面积，那么没有黑子地方是什么样的呢？
▲Wang et al.，2012， SolarPhys.
这是太阳没有黑子的地方的磁场和爆发现象，上边是太阳的小尺度磁场，仍然是白色的代表正极，黑色代表负极。各位可以看到像这里最小的太阳磁结构，就相当于一二百公里，这是我和学生们观测到的。
▲Tian et al.，2014，Science
这是太阳在远紫外观测到的一些小的爆发和喷流现象。即使所谓的宁静太阳也存在着不宁静的太阳活动现象。在没有太阳黑子地方，太阳仍然充满了磁场。我们看不见它，在某种意义上它好像是暗的，既是暗的物质，又是暗的能量。但是它却驱动了各种小尺度的活动现象。
中国也会受到剧烈空间天气的威胁
那么，太阳到底如何影响地球的环境呢？
▲太阳对近地环境和日球空间的影响
有三种不同的方式。这里有电磁辐射，也就是光，特别是紫外、远紫外、X射线和伽玛射线辐射；有高能粒子辐射；还有物质和磁通量抛射，就是我刚才提到的日冕物质抛射。
电磁辐射用8分钟就可以到达地球，高能粒子辐射最快的大概十几分钟可以到达地球，慢的则需要用一两天。物质抛射和磁云大概在2-4天的时候会与地球的磁层发生碰撞。
▲地月系统飞往火星和返回地球的航行面临太阳高能粒子辐射危害
在太阳对地球环境的影响当中，还应该特别提到太阳的高能粒子暴。在地月系统，如果向火星或者更远的深空发射飞行器，或者进行宇航飞行，我们经常会受到高能粒子的影响。对于地球上的观测者，太阳的粒子辐射的半球在东经30°到西经150°，这就意味着即使是太阳西边背面的爆发也会影响到宇航员所经过的路程。所以太阳的粒子暴的预报是保证宇航安全的一个很重要的方面。
下面我想回顾一下历史上观测到的最强的太阳爆发。它发生在1859年9月1日，被称为卡灵顿事件。这是一个业余天文爱好者卡灵顿发现的，他每天用自己的天文台进行黑子的观测，在这天突然发现在黑子群里有两个极亮的白斑，甚至看起来都刺眼。
他感到恐惧又不可理解，于是就跑到观测室外，希望找一个朋友来证实他的发现。但是他走了一圈也没有找到人，回来的时候这两个白斑就逐渐地消失了。
他把这个事情写成文章，投寄给了当时国际上唯一一个重要的天文学刊物《英国皇家学会月刊》（Monthly Notices of the Royal Astronomical Society MNRAS ）。这个刊物至今仍然存在，仍然是天文学界的一个旗舰刊物。
▲历史上最强的太阳风暴：1859年9月1日的卡灵顿事件（Carrington,1859,MNRAS,20,13）
这是卡灵顿发表的一篇文章的插图，两个红色箭头指向他所观测的两个耀斑带。这类耀斑被称为白光耀斑，因为它不需要光谱观测，用积分光即白光甚至肉眼都能够看见。这个耀斑产生了非常强烈的日地物理效应，稍后我还会提到。
在这个事件当中，日冕物质抛射只花了18个小时就到达了地球，马上就导致了地磁暴，伦敦的磁像仪就观测到了地磁暴。当时无论是美国还是欧洲发达国家，最高级的高技术系统就是电报网络。这件事情导致了全球的电报网络崩溃，电报纸着火，电报员的手被灼伤。
美国科学院在2012年发表了一个报告：如果像卡灵顿这样的事件发生在今天高技术的时代里，要是没有做任何准备，就会使得美国由一个发达国家变为一个发展中国家，整个美国东部在一年内都会没有电力供应。
这是当时欧洲人绘制的图画，有一幅油画画的就是消防队员正赶到电报局去灭火。另外左下角这个是极光，从极区开始一直到赤道附近的萨尔多瓦都观测到了极光现象。大家知道，极光只有在南北极才有，是高能粒子沿着地球的磁力线从极区流下的时候，使得中性大气电离又复合后产生的一种绚丽的光学现象。
我听说在我国的古籍里，有些地方志记录了这个事件。那个时候应该是中国的咸丰九年，即清政府统治时期。
这样强的太阳风暴大概多长时间才会出现一次呢？学者们从理论上估计，大概是500年发生一次。
▲百年最弱太阳周中最强太阳风暴：2012年7月23日卡灵顿类太阳风暴
但是，在2012年7月23日人类观测到了另一次卡灵顿水平的强大太阳爆发。大家可能会问，为什么我们没有感受到这次强大的太阳爆发的影响？从左下角的图中可以看到，这次太阳爆发和日冕物质抛射是背离太阳而去的，耀斑的源区对地球而言是太阳的背面。
这次日冕物质抛射到达地球轨道只有15个小时，一点儿不比卡灵顿事件弱，所以当时这个事件发生之后再次对美国学术界产生了重要影响。美国著名的空间天气预报学者塔斯（Toth）说：只有两件事能使整个美国受到影响，一件是剧烈的空间天气，一件是新冠疫情。
那么我国是否可以幸免呢？我国工程院在2014年给国务院发了一个报告，指出中国仍然会受到这种强烈的空间天气影响。
上图展示的是1989年3月13日加拿大魁北克省的变电系统的感生电流和变压器被烧毁的情况，这个事件是这百年来最强的太阳风暴，使得整个魁北克省停电了9个小时，造成的电力损失是2000万千瓦，直接的经济损失是5亿美元。实际的经济损失要比这大很多，因为在魁北克省这样一个高度发达的省份，停电9个小时的社会效应也是非常大的
由于我国电网的扩容、输电网络的扩大，再加上我们用的导线都是非常低的电阻，感生电流不会比魁北克省小。除此之外，中国的太空活动非常频繁。在太空活动中，有1/3的卫星和发射故障都是由空间天气引起的。所以我国也会受到剧烈的空间天气的威胁，必须予以高度重视。
太阳也有其生命周期
太阳活动有自己的11年周期，还有一个22年的磁周期——南北极的磁场22年才会从正（负）极又恢复到正（负）极，才会重复一致。每一个22年周期中有2个11年的周期。
▲ 太阳活动周：11年太阳黑子周期和22年太阳磁周期
大家可以注意到刚刚结束的第24个太阳周，日面上出现黑子数就是中间这幅图里所展示的，差不多是百年来最少的。从上面记录黑子在日面上出现的位置和轨迹的蝴蝶图也可以看到，两个蝴蝶翅膀要小的多。综合下面的磁图可以看到，24太阳周以来磁场变得很弱，这种现象也引起了太阳和恒星物理学家的注意。
如果太阳活动持续低迷也会带来很多复杂的气侯问题，比如厄尔尼诺现象和拉尼娜现象，还会导致空间里的垃圾大量堆积。所以对于这种现象，我们也要进行研究。
为了理解太阳磁场是如何产生、演化的，就必须了解太阳的内部结构。而太阳是不透明的，我们没法直接观测太阳内部，所以唯一的做法是通过日震学的方法观测。
这个视频展示的不是动画，而是对太阳表面的速度场进行解读之后做出来的太阳振荡的情景。太阳五分钟振荡代表声波模的振荡，就是以压强作为恢复力的太阳震荡；还有一种振荡是太阳引力波导致的引力波模振荡，由于这个振荡的振幅非常小，直到现在还没有被观测到。
▲近年天体生物学得到迅速的发展
太阳的一些剧烈活动对地球上生命的出现起了催化作用，四十亿年前非常剧烈的太阳活动，比如频繁的强X射线辐射和伽玛射线辐射催生了地球岩石圈中有机分子的产生，由此催生了地球上的生命。
▲太阳的生命周期
现在太阳已经在主序带上走了46亿年，还有50亿年的路要走。到那个时候，太阳将成为红巨星，它的外壳会爆炸掉成为行星状星云，内部成为一颗白矮星。
这是太阳的生命周期，所以我们要理解，太阳也像其他的一切事物一样，有生、有死，有生命周期。
探索宜居的世界
近十几年来，系外行星的发现使我们了解到，宇宙空间中有许许多多的像太阳和地球一样的恒星和行星系统。寻找生命宜居的行星系统几乎成为了未来十年天文学家的最重要的任务，美国科学院在未来十年规划里也把它作为最重要的任务：通过找到太阳、恒星和环绕它们的世界之间的相互联系，从而去寻找宇宙中生命宜居的地方。
▲恒星系统类地生命宜居带和天体生物学
在过去十多年来，任何一个恒星都有一个生命宜居带这一发现是很重要的成果。我们可以看到不同类型、不同表面温度的恒星，都有用绿色来表示的生命宜居带。太阳属于G2V型的恒星，地球正好在它的生命宜居带内。
▲太阳和日球（sun& heliosphere）
大家在这张图中看到的是太阳和日球，我们把它叫做Sun & Heliosphere。这里可以看到旅行者一号和二号已经飞出了太阳系，正在星际空间和太阳系空间的激波面附近，它还要在星际空间旅行。由于核电池的限制，它只能工作到2027年前后，还会在星际空间里继续工作多年，还会源源不断地传回数据供科学家们使用。
▲恒星和天球（star& astrosphere）
这是用哈勃望远镜观测的另外两颗恒星LL Orionis和BZ Cam的“日球系统”。对恒星来说，是恒星和天球（star & astrosphere）与太阳和日球（sun & heliosphere）都是一样的，只不过一个是对恒星而言，一个是对我们的太阳而言。
哈勃望远镜观测到了Mira——一个红巨星是如何携带着它的子民、它的“太阳系”在宇宙空间穿行的。我们看到了前面弓激波的激波面，也看到了背景的恒星和星系，还有些快速移动的天体对象，让人感觉非常壮观，太阳系确实不孤独。
▲发现和理解系外行星的性质（Liu& Ji，RAA 2020）
到现在为止，人类已经观测到了大概4800多个系外行星系统，这是它们的分布。有岩石类的行星，一般都比较小；还有超级地球，它是我们更关心的；还有“温暖的海王星系统”——跟海王星大小差不多、但是温度比较高；还有冷木星、热木星以及一些周期非常短的、奇怪的行星系统。
但是究竟哪些行星系统是更宜居的呢？学者们正在做这类的研究。我的想法是，我国学者和天文爱好者们要积极参与国际的系外行星系统的搜索，同时，中国要发展自己的宜居世界的搜索计划。
▲高中生发现环绕类太阳恒星TOI-1233的4颗内行星
这里展示的是恒星TOI-1233的4颗内行星，其中1颗属于超级地球。这是美国一个16岁和一个18岁的中学生使用公共发布在TESS网上数据的发现。他们的文章就发表在黑尔创办的著名的《天体物理杂志》上。学术界认为他们是迄今所知道的最年轻的天文学家。我们国家的学生一点都不比他们差，所以也应该做出自己的发现。
另外我想向大家分享的是，我们不仅在太阳系外有系外行星系统，而且在银河系外，第一个行星系统也已经被发现了。
▲人类发现第一颗银河系外行星（NatureAstron 2021）
这是刚刚发现的银河系外的一个行星系统，发布在著名期刊《自然天文学》（Nature Astronomy）上。
一场即将到来的太阳观测盛宴
现在太阳物理研究有着重大机遇，正如我在开始时讲到的，太阳和恒星物理正在经历文艺复兴的黄金时代。
▲重大的科学机遇
上图左边的太阳的轨道器（SolarOrbiter），是欧美发射的一个大椭圆轨道卫星。它一次一次地接近太阳，最后大概要在天球高度20-30度的地方飞越极区，首次实现对极区的成像观测。中间是一个4米的地面太阳望远镜（DKIST），用来观测太阳显微结构。右图属于帕克太阳探针，要送到离太阳表面只有9个太阳半径的地方，大概耗资13亿美元。从2018年发射到现在，它已经绕了太阳好几圈，大概将在2024年前后到达离太阳最近的地方。
▲PSP和Solar Orbiter协同观测：Rouillard 等（2020）
所以我们期待在2024年，帕克探针和太阳轨道在最接近太阳的地方实测原位的探测。在L1点那个日地连线位置也可以同时进行观测。在2006年前后发射的日地关系天文台的STEREO-A也会有观测。此外，届时我们国家的第一个太阳卫星——先进天基太阳天文台也将在轨参与这个联合观测。
所以2024年会有一个太阳观测的盛宴，我们无比期待这一天能尽快到来。
▲2022年我国将发射先进天基太阳天文台（ASOS）
这就是我国的先进天基太阳天文台，载荷有全日面太阳矢量磁像仪。在太阳矢量磁场测量上，中国曾经在20世纪90年代领先世界，那时我国地面的太阳磁场望远镜为太阳物理做出了很重要的贡献。但是空间上我们还没有上去过，所以在这个先进天基天文台将会开展空间的太阳矢量磁场测量。还有在人类历史上第一次用氢的共振谱线，也就是莱曼阿尔法谱线来进行光谱成像观测和日冕仪的观测。另外还有硬X射线成像望远镜。这台天基太阳望远镜已经准备就绪，会在2022年的春季择时发射。
永无止境的科学探索
在结束演讲之前，我还想跟各位年轻的朋友稍稍讲一点天文学。
我在1978成为研究生步入天文领域的时候，我的导师王绶琯先生一直在教导我们天文学是观测的科学。
是的，天文学是观测发现所驱动的科学，它非常前沿。从小行星研究到太阳研究，太阳系外的行星系统的研究，银河系、星系的研究，甚至到整个宇宙的研究，它的前沿是非常广泛的，无论在哪一个分支都有非常前沿的问题要做。
它很真实，它通过观测来触摸宇宙跳动的脉搏和理解它的美丽。
它非常神秘，它把物理的真实隐藏在缤纷复杂的现象背后。
它还非常深刻，因为它涉及到宇宙、物质和生命的起源。
它的全部真谛是通过观测发现科学规律。现在天体化学、天体生物学都得到了很大的发展，它们都是天文学中不可分割的一部分。
除此之外，正如Zirin教授所言，天文学还带给观测者们与从事它的研究的人以美学的欢乐和科学的挑战。
除了观测之外，天文学离不开科学的思维和理论的计算。1873年，当太阳磁场还没发现的时候，我们的革命导师恩格斯就说：“太阳的光和热一定会在某种程度上转化为电和磁。”他已经预言了太阳上会有电场和磁场。
一个并不做太阳物理和天文学研究的哲学家、政治经济学家却能从哲学的高度预言太阳磁场、太阳电磁场的存在。他教导我们：“现在甚至连最没有思想的经验主义者离开理论自然科学也不能前进一步；但是在理论自然科学中，我们往往不得不计算不完全知道的量，而在任何时候都必须用思想的首尾一惯性去帮助还不充分的知识。”
他有一句话令人印象深刻，他说：“一个民族要想站在科学的高峰，就一刻也不能没有理论的思维。”这对中国天文学与其他许多自然科学领域都是非常重要的。
除了观测之外，天文学也像物理学一样开始了实验室的科学实验。其中国际上最有名的，比如普林斯顿大学和加州理工学院的实验室都已经有所成就。在我国，上海光机所、上海交大、北京大学、中国科大都建立实验室开展天体物理学模拟。
这是黎明中的珠峰，是我在珠穆朗玛峰脚下拍摄的。另外画面中间有一个绒布寺，这是西藏很早的一个寺院。所以我们看到了地球的最高峰，也看到了人类文明的痕迹。
▲太阳系最高峰-奥利帕斯山
但是，正如“峰外依旧峰”，地球上的最高峰并不是太阳系的最高峰。太阳系的最高峰是火星上的奥利帕斯山，它大概拔地22-27公里。这给了我们一个启发：攀登科学的高峰与对科学的探索是没有尽头的，所以人类对科学的探索永无止境。
各位青少年朋友要永葆对科学的探索精神和你们的好奇心，要理解我们的家园、理解宇宙的美丽，为了报效祖国、服务人民和奉献人类社会而攀登科学的高峰。
我今天的演讲就到这里，谢谢！
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