咱们怎样晓得恒星的构成：在地下深处研究太阳

艺术家笔下的太阳

　　新浪科技讯  北京时间2月15日消息，据国外媒体报道，数十亿年来，每一天清晨太阳都照常，照耀大地。太阳距离咱们有1.5亿公里远，但它仍然如斯明亮，以至于咱们根本无奈用肉眼直视太阳的光辉。在太阳表面，温度超过5500摄氏度，足以熔化金属，任何探测器都必须避免过于靠近太阳，以免遭受破坏。

　　换句话说，太阳几乎就是一个温度高的难以置信，咱们根本无奈近身的大火球。但这并不意味着咱们没有办法对太阳发展研究。

　　光的秘密

　　事实上，咱们有许多非常精巧的方式，不仅能够研究太阳，甚至能够对夜空中那点点繁星发展研究。到今天，咱们已经知晓有关恒星的许多知识，但咱们毕竟是怎么办到的？

　　首先，咱们要借助的是光。咱们或者不能用肉眼直视太阳，但科学仪器能够。正如你可能已经知道的那样，咱们所看到的的“白色光”实际上是由许多单色光混合后的产物，假如咱们使用三棱镜，咱们就能把这些单色光分离开，从深红色一直到紫色，就像一道彩虹。

　　时间退回到1802年的英格兰，一位名叫威廉·海德-武拉斯顿（William Hyde Wollaston）的科学家正在对太阳光发展这样的实验。然后他注意到一个奇怪的现象：在太阳光分离出的单色光谱中，有一些细细的黑线。

　　科学家们很快便认识到这些暗线代表的是这一区域的颜色缺失了。之所以这些颜色会缺失，是因为太阳上或者太阳附近的某些元素会吸收特定波长的光。因此判定光谱中的这些暗线分布与特点，就能够对应判定出太阳上的元素身分，比如氢、钠和钙等等。

　　这种方式真是聪明、优雅而简单，它或多或少能够说是一下子将一把开启恒星研究大门的钥匙交到了人类的手里。然而，正如英国牛津大学的物理学家菲利普·普德萨多瓦斯基（Philipp Podsiadlowski）所指出的那样，这种方式存在着天然的局限性。他说：“这种方式只能告诉你太阳表面的身分是什么，但你对于太阳的外部身分仍然一无所知。”

　　那么太阳外部的身分毕竟是什么？懂得这一点或者将有助于咱们揭开太阳获得如斯巨大能量的起源之谜。

“超等神冈”探测器内景，这是一个巨大的地下中微子探测器

　　在地下深处研究太阳

　　人类对于太阳为何能够产生如斯强大能量的最初认识大致开始于20世纪初期，当时核物理学家们认识到，假如两个氢原子合并形成氦原子，在这一被称作“核聚变”的过程中将会释放出巨大的能量。由于观测显示太阳富含氢和氦，似乎在提示科学家们，它巨大的能量起源或者就与氢原子的核聚变反应有关。科学家们现在急需找到证据证明这一点。

　　普德萨多瓦斯基说明说：“1930年代的人们认识到，太阳可能是由氢原子的核聚变产生能量的，当然在当时这还只是一种理论猜想。”

　　从这里开始，对太阳的研究变得诡异起来——太阳在天空中照耀着大地，哺育万物。而为了懂得太阳，咱们需要跑到地底下去。事实上，咱们必须把咱们的实验室全部都搬到大山的地下。而这正是日本的“超等神冈”探测器的设计方案。

　　在地下大概一公里深处，一座样子怪异，光芒昏暗的地下实验室展露眼前。这里有一个巨大的容器，其中灌满超纯净水，容器的四周、顶部和底部都布满大概13000个光电倍增器。全部场景让人想起科幻小说中的情节，但“超等神冈”探测器是真实存在的，建造它的目的是帮助科学家们揭开太阳运作的机制之谜。

　　“超等神冈”探测器深埋地下，很显然它不是用来探测光芒的。实际上，“超等神冈”的探测目标是一种神秘的粒子，它产生于太阳中心，能够任意穿过物资而畅通无阻，太阳、地球或是咱们的身体，在它面前都像空气一样能够随意穿过。

　　这种神秘粒子叫做“中微子”，每一秒钟都有数万亿个这样的粒子穿过咱们的身体。假如不借助特殊的探测设备，或者咱们永远都没办法探测到它们的存在。但“超等神冈”探测器能够，尽管效率很低——大概每天能够检测到40个中微子信号，它应用的原理是中微子在极偶然的条件下与纯水分子发生碰撞时产生的荧光效应。

　　这样的荧光信号极其微弱，但它会在中微子周围产生某种“光晕”，而这种光晕能够被遍布容器四周，极敏感的光探测器捕捉到。

　　通过这种方式检测到来自太阳中心的特定种类中微子信号，为科学家们提供了确凿的证据，证明氢核聚变反应的确正在太阳外部发生。除此之外，咱们没有任何其他途径能够说明咱们所获得的探测数据。

　　普德萨多瓦斯基说：“你只能检测到极小一部分的中微子，但你却能够根据检测到信号的数量估算出这一时段内中微子的实际通量。”

　　更令人惊奇的是，这些中微子是在太阳中心进行的氢核聚变反应中产生的，但是，仅仅8分钟之后“超等神冈”探测器便探测到了它们穿过的信号。这也就意味着，假如能够对这些中微子进行研究，咱们几乎就能够实现对太阳中心情况的“实时监控”。

　　假如你感觉这还不够，那么实际上科学家们甚至还还能应用这种弄方式实现对太阳的成像。理论上来说，未来科学家们能够应用这种方式，借助在地下获取的监测数据，实现对太阳外部的成像。

转载自:https://tech.sina.com.cn/d/s/2016-02-15/doc-ifxpmpqt1214128.shtml

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