圖片來源：存在了46億年的太陽,，圖片來源：Pixabay

從地球上遙望，太陽似乎非常平靜,。但實際上,，這一星體不乏各類劇烈爆發(fā)現(xiàn)象，如耀斑和日冕物質(zhì)拋射,。此類現(xiàn)象常常引發(fā)全球尺度的波動,，而這些波動不但引發(fā)了天文學(xué)家廣泛的興趣，也帶來了長達二十余年的爭論,。

太陽億萬年如一日地照耀著地球，讓生命得以孕育,，文明得以延續(xù),。然而，肉眼中亙古不變的太陽只是表象,。如果用極紫外或X射線來觀測的話,，太陽會顯示出變幻莫測的另一副景象：在500公里厚的太陽表面光球?qū)又鲜潜容^薄的色球?qū)樱穸葍H1500公里,，而在色球之上便急劇過渡到一直向外延伸的日冕,，厚度可達百萬公里以上。

無論是在色球?qū)舆€是在日冕中,，都存在著大量的爆發(fā)現(xiàn)象,。一般來說，地震的強度越高,，發(fā)生頻次就越低,，太陽爆發(fā)現(xiàn)象也是如此。小爆發(fā)此起彼伏,，而大爆發(fā),，包括很強的太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射，則只是偶爾發(fā)生,。

如下圖所示,，耀斑是太陽大氣中的局部增亮現(xiàn)象，其能量與百億顆原子彈爆發(fā)相當(dāng),。日冕物質(zhì)拋射則是幾十億噸的日冕物質(zhì)以幾百上千公里每秒的速度往外拋射,。

圖1：太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象（右圖中的小圓圈代表太陽）,。圖片來源：SDO及SOHO

我們知道，任何擾動都會激發(fā)波動,。例如,，當(dāng)雨點落入湖面，湖面便泛起一個個漣漪,。太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射這些劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象,，肯定也會在太陽大氣中激發(fā)各種波動。跟地表的空氣不同,，太陽大氣是等離子體（固體,、液體和氣體之外的物質(zhì)第四態(tài)），由帶正負(fù)電荷的粒子組成,。在空氣中,，擾動產(chǎn)生的是聲波，而在等離子體中,，聲波和磁場耦合在一起,，變成磁聲波。這些磁聲波,，時時刻刻擾動著太陽系內(nèi)的星球,，也包括我們所在的地球。

1960年代初,，美國天文學(xué)家蓋爾·莫爾頓（Gail Moreton）發(fā)現(xiàn),，當(dāng)大耀斑發(fā)生時，在太陽表面的色球中可以觀測到一個波,，后人稱之為莫爾頓波,。這種波的強度很弱，但傳播速度高達1千公里每秒,，且傳播距離跟太陽半徑相當(dāng)[1],。

起初，這些特征給研究人員帶來了很大的困惑,，這是因為色球中的磁聲波速度僅100公里每秒左右,，如果在色球中觀測到的莫爾頓波真的是在色球中傳播的磁聲波的話，那它只能是馬赫數(shù)約為10的強激波,。如此強的激波對應(yīng)的擾動應(yīng)該很強,，且衰減得很快，因此無法傳播很遠(yuǎn)的距離,?？蛇@就和莫爾頓波的觀測特征相矛盾了。

這個難題一直到1968年才由日本天文學(xué)家內(nèi)田豊（Yutaka Uchida）解決[2]。他指出,，太陽耀斑首先在日冕中激發(fā)磁聲波,，該磁聲波的足點掃過太陽表面色球?qū)印Ｓ捎谌彰嶂写怕暡ǖ乃俣却蠹s是1千公里每秒,，色球所受到的擾動也就同樣以1千公里每秒的速度傳播，就好比原子彈爆炸后沖擊波以幾十公里每秒的速度掃過地面,。這個速度是由沖擊波在空氣中的傳播速度決定的,，而不是由聲波在地面中的特性決定的。

內(nèi)田豊的模型雖然有些小瑕疵,，但大體框架是正確的,。根據(jù)這個模型，在太陽表面色球中出現(xiàn)莫爾頓波時,，日冕中必定也存在一個波（我傾向稱之為日冕莫爾頓波）,，正是這個日冕磁聲波掃過太陽表面才產(chǎn)生了莫爾頓波。很可惜,，由于日冕太稀薄,，在此后的二十多年里都未能實現(xiàn)對日冕的高精度觀測，也就沒有探測到理論上應(yīng)該存在的日冕莫爾頓波,。

1995年底,，歐美聯(lián)合發(fā)射了太陽和日球?qū)犹綔y器（Solar and Heliospheric Observatory，簡稱SOHO衛(wèi)星）,，搭載的極紫外成像望遠(yuǎn)鏡（簡稱EIT望遠(yuǎn)鏡）能夠?qū)θ彰徇M行比較高精度的觀測,。美國天文學(xué)家芭芭拉·湯普森及其合作者在利用EIT望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)分析一個太陽耀斑時，赫然發(fā)現(xiàn)一個近乎圓形的漣漪從耀斑附近往外傳播,，傳播速度約為250公里每秒,，如下圖所示。由于該波動現(xiàn)象是由EIT望遠(yuǎn)鏡觀測到的,，他們便稱之為“EIT波”[3],。EIT波是SOHO衛(wèi)星的重大發(fā)現(xiàn)之一。

圖2：一個典型的 EIT波（白色環(huán)形結(jié)構(gòu)）,，其中黑區(qū)域中心的亮塊是一個耀斑,，外部的黑色圓圈為太陽邊緣。圖片來源：SOHO

他們的文章于1998年發(fā)表后在太陽物理界引起了廣泛的興趣,，同時也帶來了二十多年的爭論,。他們認(rèn)為EIT波就是內(nèi)田豊模型預(yù)言的日冕莫爾頓波，也就是說EIT波是日冕中的磁聲波,。在此后的幾年時間里,，大量天文學(xué)家從觀測和理論等不同角度去論證EIT波就是日冕磁聲波。

然而，就在整個太陽物理界幾乎要達成共識之際,，懷疑的聲音悄然出現(xiàn),。1999年，法國博士后塞西莉亞·迪蘭妮（Cecilia Delannee）發(fā)現(xiàn)EIT波有時會突然停下來,，而磁聲波是不可能停下來的,，就像聲音即使碰到墻壁也會穿墻而過一樣。據(jù)此,，她認(rèn)為EIT波不是磁聲波,。更為重要的是，德國天文學(xué)家在2000年發(fā)現(xiàn)EIT波的平均速度只有日冕磁聲波速度的三分之一,。這兩個觀測特征是磁聲波模型難以跨越的鴻溝,。

此后，其它的模型也紛紛被提出,，但磁聲波模型的擁護者們一直初心不改,。他們這么做也有一定的道理：我們?nèi)苏f話都會產(chǎn)生聲波，太陽爆發(fā)那么劇烈,，肯定會在日冕中激發(fā)磁聲波,，而EIT望遠(yuǎn)鏡只觀測到了EIT波，那EIT波就應(yīng)該是磁聲波,。

美籍華人,、太陽物理學(xué)家吳式燦教授在2000年發(fā)表的文章中認(rèn)為EIT波是磁聲波。2001年我們決定對EIT波進行合作研究,。只是我那時年少衣衫薄,，初生牛犢不怕虎，堅信法國博士后的懷疑,，一心想探索EIT波的新機制,，全然不顧當(dāng)初的國際主流觀點是磁聲波模型。

探索過程并不順暢,，我做了各種嘗試,，都沒能得到理想的結(jié)果。轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在2002年初,，我通過計算機模擬發(fā)現(xiàn),，日珥拋射產(chǎn)生日冕物質(zhì)拋射時，會在日冕中產(chǎn)生兩種波動現(xiàn)象,，一快一慢,。快的就是磁聲波,，而隨后的波其傳播速度只有磁聲波的三分之一,。據(jù)此,，我認(rèn)為EIT波不是磁聲波，而是緊隨磁聲波之后的慢速波,，這樣就正好和德國同行的統(tǒng)計結(jié)果一致了,。

然而，計算機模擬出來的結(jié)果和觀測一致并不意味著解決了EIT波的屬性問題,。電腦可以重現(xiàn)觀測特征,，但它不會告訴我們?yōu)槭裁碋IT波的速度是磁聲波的三分之一。而這正是電腦無法替代人腦的地方,。在結(jié)果出來之后好幾天之內(nèi)我都茶飯不思,，滿腦子想著什么物理過程能產(chǎn)生一個以三分之一磁聲波速度傳播的波動。終于有一天,，在喝茶的時候，靈感突然乍現(xiàn),，我想出了后來引以為豪的磁拉伸模型,。

在下圖中，太陽上有一個凸起的結(jié)構(gòu),，被稱作日珥（即球頂藍(lán)色凸起）,。日珥上方的紅線為日冕中的磁力線。當(dāng)日珥向上拋射時,，其上方所有磁力線都將被推著往外拉伸（只有磁力線的足點固定在太陽表面）,。我們的磁拉伸模型來自兩個設(shè)問：

問題1，隨著日珥向上拋射,，哪些磁力線先被推著拉伸,，哪些磁力線后被推著拉伸？

問題2,，對同一根磁力線而言,，哪個部位先被推開，哪個部位后被推開,？

圖3：日珥上方的磁力線（紅線）分布,。圖片來源：作者供圖

相信很多人都會得到正確的答案：（1）越靠近日珥的磁力線越早被推著往外拉伸；（2）對任何一根磁力線而言,，頂部先被推著拉伸,，之后才傳到足點。而這便順理成章地得到我們的模型：如下圖所示,，日珥往上拋射后,，上方第一根磁力線的頂部（A附近）首先被推著向外拉伸。在此之后,，一方面A處的擾動沿著磁力線以磁聲波的速度傳到足點C,，從而在C點形成EIT波的第一個波前,，另一方面，A處的擾動也向外以磁聲波的形式傳到第二根磁力線的頂部B,。同樣道理,，B處的擾動沿著磁力線傳到足點D，從而在D點形成EIT波的第二個波前,。也就是說EIT波不是直接由磁聲波從C點水平傳到D點,，而是由AC產(chǎn)生第一個波前，再由ABD產(chǎn)生第二個波前,，以此類推,。

圖4：日冕EIT波傳播的物理過程，圖片來源：作者供圖

由于傳播路徑是曲折的,，因此EIT波依次在C,、D和F點出現(xiàn)的傳播速度就慢了。如果將磁力線近似為半圓環(huán),，則EIT波的速度等于CD的距離除以磁聲波抵達D點和C點的時間差,，這樣很容易推導(dǎo)出EIT波的速度正好是磁聲波速度的三分之一，完美地解釋了EIT波的觀測特征,！

藉此,，我們在2002年預(yù)言：日冕物質(zhì)拋射發(fā)生時，極紫外望遠(yuǎn)鏡應(yīng)該能觀測到兩個波,，跑得快的是磁聲波,，正是它激發(fā)了色球莫爾頓波，而跟著后面的才是芭芭拉·湯普森發(fā)現(xiàn)的EIT波[4],。很多人可能會問：為什么當(dāng)初EIT望遠(yuǎn)鏡沒有觀測到跑得快的磁聲波呢,？這是因為EIT望遠(yuǎn)鏡每15分鐘才拍照一次，無法抓住快速的磁聲波,。我們的預(yù)言在NASA發(fā)射SDO衛(wèi)星之后得到了大量觀測事件的證實[5],。從理論預(yù)言到大量觀測證實，足足等了10年,！ 

2006年的世界空間科學(xué)大會在北京舉行,，我應(yīng)邀作關(guān)于EIT波的報告。當(dāng)我剛開始作報告時,，注意到有位外國女士急匆匆地跑到我們所在的會場,。她沒有找位子坐下，而是在會場后端靠墻站著,，非常專注地聽分享,。我之前并沒有見過芭芭拉·湯普森女士，也不知道她會來參加會議,，但我的第六感告訴我這個人應(yīng)該就是她,。果不其然,，待我演講結(jié)束后她徑直過來和我打招呼，告訴我她就是芭芭拉,。

2008年我訪問美國,，芭芭拉邀請我順訪她所在的NASA戈達德飛行中心，那里的太陽物理部是美國太陽物理研究的一個重鎮(zhèn),。在我介紹完我的EIT波模型和預(yù)言之后,，太陽部主任非常高興，特意讓芭芭拉放一天假,，帶我逛華盛頓,。

圖5：與發(fā)現(xiàn)日冕EIT波的芭芭拉·湯普森博士合影。圖片來源：作者提供

盡管我認(rèn)為EIT波并非磁聲波已經(jīng)是“鐵證如山”了,，但磁聲波模型的支持者們一直在捍衛(wèi)他們的觀點,。瑞士空間科學(xué)國際研究所每年都支持跨國團組就爭議話題進行研討。2014年,，磁聲波模型的支持者也召集了來自7國的9位同行,，組成了一個團組，我是其中唯一的磁聲波模型反對者,。2017年我們聯(lián)合發(fā)表了一篇文章,，文章的結(jié)論是：除陳鵬飛以外,，其他所有作者都認(rèn)為EIT波是磁聲波,。

圖6：由7國代表組成的EIT波國際研究組在瑞士空間科學(xué)國際研究所門前合影。圖片來源：作者供圖

好多年前,，美國一位資深的磁聲波模型支持者曾經(jīng)跟我說：“你看,，美國和歐洲好幾個反對磁聲波模型的年輕人都離開了太陽物理界”。確實如此,，最早質(zhì)疑磁聲波模型的迪蘭妮女士因為找不到大學(xué)教職,，最后去法國一所中學(xué)教物理。英國的阿特里爾女士也離開了太陽物理界,，去了英國軍方,。美國的威爾斯-戴維女士當(dāng)年撰寫大量文章批評磁聲波模型，后來也徹底離開了學(xué)術(shù)圈,。想當(dāng)初2008年在加拿大蒙特利爾舉行的世界空間科學(xué)大會上,，組織者邀請了威爾斯-戴維、歐洲的沃穆特和我作報告,，就EIT波進行三方辯論,，我和她齊刷刷地批駁沃穆特的場景還歷歷在目。幸運的是,，在我們國家,，支持和反對磁聲波模型的人相安無事,，真正體現(xiàn)了“君子和而不同”。學(xué)術(shù)界本來不就應(yīng)該這樣么,？ 

一旦真相揭開,，真正的物理過程可能簡單而優(yōu)美。但人們在探索真相的過程中也許會飽經(jīng)酸甜苦辣,，也不可避免地會有讓人唏噓不已的“恩怨情仇”,。太陽攪起的能量漣漪切實影響著我們所在的地球，也攪起了不同思想的激烈碰撞,，這一碰就是20余年,。

作者簡介：陳鵬飛，南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授,，1999年畢業(yè)于南京大學(xué)天文系,，從事太陽爆發(fā)現(xiàn)象的研究。擔(dān)任教育部天文學(xué)教指委秘書長,、瑞士空間科學(xué)國際研究所（ISSI）學(xué)術(shù)委員會委員,、《天文學(xué)報》副主編、《中國科學(xué)物理力學(xué)天文》等期刊編委,。

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