大家好，欢迎来到《天文探秘》课堂。本课程主要简单介绍天文学的基本知识，包括宇宙和星系、引力和暗物质、太阳和太阳活动、恒星和致密星（黑洞）、以及系外行星 等多个领域和方面。通过本课程的学习，你能够系统地了解到很多不曾了解的事实，惊奇地发现许多令人惊叹的奥秘。 本课程总共十周，由五位老师共同授课（各位老师均为相关领域的专家）、每人两周。课程以介绍基本知识为主，尽量避免复杂公式的推导和计算，所以难度不大，但知识点比较多。学习者通过观看视频学习，然后完成每周小测即可。最后总成绩即为每周小测成绩之和。 《天文探秘》课程是一门难得的好课，期待大家的加入，让我们一起探索神秘的宇宙！
我们能看到太阳的内部和背面吗？（下）
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天文探秘
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De la lección
太阳
本章节主要介绍与我们日常生活息息相关的一个天体——太阳，包括太阳的震动、内部情况、太阳风，以及常见的一类现象——太阳黑子。
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施勇教授
天文与空间科学学院
谢懿副教授
天文与空间科学学院
陈鹏飞教授
天文与空间科学学院
李向东教授
天文与空间科学学院
周济林教授
天文与空间科学学院
看一下这个日震学它是怎么来研究这个太阳内部结构的。
比如说，举个例子啊，假设你已经有一个标准的太阳模型在那，
你现在呢由于太阳活动啊，由于某种因素对吧，它里面的某个地方发生了改变。
举个例子， 这是红圈就是一个太阳啊，表面，那假设在这个内部，你
有一块小区域，红色的区域，温度有所上升了， 由于某种原因，它温度上升了，那我们怎么知道它这块温度上升了？
那你们看到，这个扰动假设从A传到B， 它和没有这个温度上升之前相比，因为温度高了之后这块
传到这速度就快了对吧？所以由A传到B呢，它的这个时间 就比，就没有温度上升要短了，对吧？
那同样道理，那扰动呢，它也、 也可、 也有、 别的地方也有扰动啊，也有震荡，
它也会这个传、 就跟光路可逆一样，声波也是可逆的。
那它也会由B传到A 那它的时间也短了，所以如果你看A地方的扰动传到B了，它的时间变短了，
同时而且B的地方的扰动传到A，时间也变短了，这就说明这块温度高了。
那如果这块不是温度高，而是由于这个、 这块的 这个自转，比这个，比标准模型要转的快一点，
那会产生什么结果呢？如果这里有一个自转比这个标准模型要快一点，
那从A到B这个声波传播，它是要逆着这个 这个自转，对吧？所以这样的话，它的波传播的就会慢；
也就跟风里、 在有、 如果咱们是在风里面说话一样，那如果 顺风讲那个声音传的更快，逆风讲的话那声传的更慢。
所以这样的话，A到B它的传播的时间就会更长。
那反过来，从B到A呢，它是顺着这个自转方向，对吧？ 所以这样呢，它传播的时间就会变更短。
所以，如果是两边这个时间都短，那是因为温度变化 升高引起的；那一边、
从一边到一边短，反过来呢是更长呢，这可能是自转变化。
所以这样的话，你就可以来根据，这个扰动， 从A到B、
和从、 的时间和从B到A的时间的这个差，你就可以
去反演这个里面，它的温度和这个 自转速度啊等等物理量，它的变化了。
再给大家举一个例子啊，这是 大概一九、
自从这个1996年之后的这个 有一个卫星叫SOHO卫星，它专门、
有一个目的就是为了探测这个日震波， 然后呢这个结果非常的好，那它可以比如说，
比如说你要测量这个太阳的半径的变化，那刚才呢同学也提到，这个太阳、 随时间，那太阳这个会越来越大，
甚至在十亿年里面它也会有个周期性的这个变大缩小。
所以这个呢，就是说你可以直接测量空间，对吧？太阳半径嘛，你看它多大， 但这个其实误差会比较大。
而通过日震学的方法，可以非常精确地测量它的大小。
就跟我刚才说的，就是听声音去识别这个鼓的形状。
所以因为这个太阳的这个形状稍微发生一点点变化，就会引起这个频率的变化，
而频率你可以测的，这个时序啊，这个信号的时间变化可以精度非常的高，
以至于根据我测太阳表面的震荡，来反演它的半径的变化
会得的精度比你直接用、 拿空间上测量这个太阳的大小，要精度更高。
所以还有，这个太阳因为在自转，自转的话就跟地球一样，就会有、 不是纯粹的圆、
球，对吧？ 会有点像个椭球，赤道的地方会稍微大一点，那其实这个大小，太阳因为转的不是很快，
太阳转一圈多长时间大家知道吗？大概？ 对，一个月左右，那中间呢 >> 25天
>> 两极是31天 所以这个是，这个转的不是很快，但即使这样的话呢也是
有微弱的椭率，那如果你用这个日震学就可以测量这个太阳的椭率了。
这个结果是在九八年发表的，那非常漂亮，
这个是研究了在不同纬度，沿着不同的纬度，这个太阳的自转的这个径向分布。
那比如说沿着这个0度就是赤道，对吧？它有一条红线， 这样在这个，在左边这半部分它都重合了。
0度就是在赤道，那还有比如15度、 30度、 45度、 60度，
不同的纬道这个地方这个沿着它的这个径向 它的自转速度是不一样的，就从太阳核心到0点、
大概0.7左右 这个半径范围之内，太阳的不管在哪个纬度方向，
它的自转速度是一样的，这个就是刚体自转，对吧？就是各个地方自转速度都一样。
但是从0.7到太阳表面一个太阳半径 这个范围之内，你会发现它的自转速度千差万异。
赤道呢转的最快，就我刚才说的一个月 >> 25天
>> 它就转一圈，那在到了这个高纬，像南北极，那大概需要这个31天才转一圈。
这个结果非常有趣，其实你会发现 如果太阳没有这个，这个自转叫较差自转，就不是刚体自转了，
叫较差自转，因为各个纬度、 不同纬度它转的速度不一样。
那 如果没有这个较差自转，那太阳其实是非常的平静，不会有任何爆发，就是
简直是太单调了，不值得去研究了，那正是由于有这个较差自转，才会变得非常的丰富。
那我们将来会讲。
这个图给出的是这个彩色 图，给的是彩色部分，给出的是它的这个自转角速度的这个分布。
你们看到从0.7个太阳半径以内， 它的自转基本上都是红的，对吧？就是基本上是刚体自转；
而这个在0.7之外呢，就是各个地方是很不一样。
而这个赤道的地方是红的非常厉害，就是转的最快； 到了南北极呢，变蓝了，就是它的自转速度就变慢了。
而不同纬度你会看到很多条状、 带状结构，对吧？这个地方它自转的稍微快一点点，
而这个地方，就是左下角这块，它呢是大概延伸了深度是两万公里，在太阳表面以下
在这一条带上呢，就是角速度比周围要快， 这个呢，经常是黑子形成的地方，所以很有趣啊。
那，除了这个自转速度之外， 它们还得到了这个，太阳有一个同关
的流，而且这个流动是沿着子午面的方向，所以叫子午流了。
就是它的流动方向是从赤道这块上来， 然后呢，沿着两、
沿南北极运动， 然后再通过里面，肯定要返回，对吧？环成一个回路。
而这个运动速度其实非常的低，速度非常小， 在表面的这个运动速度大概只有15米每秒。
不是公里每秒，是15米每秒。
这个速度如果你拿这个多普勒直接测量是测不出来的， 而根据日震学你就可以测量出这么非常、 非常慢的速度。
那正是由于这个运、 这个叫
子午流，子午环流，它就决定了其实太阳为什么会有一个十一年的周期。
所以这个对于整个这个太阳黑子为什么有十一年周期，为什么有、 这个黑子有磁场等等， 有这些变化规律，有非常密切的关系。
当然，这个结果是大概
是上个世纪的，那在最近几年，由于有一个新的卫星发射，
然后这个赵俊伟，在斯坦福大学的，那他是原来是我们南大天文系毕业的。
他硕士毕业的时候，在南大毕业的时候，你们可能刚出生。
他最近在去年发表一篇文章， 他用新的这个观测数据得到的结果发现
可能以前的那个图像，只有一个 这个回流涡旋的这个结构，可能是不对的。
他的结果显示，可能有两个涡旋。
就是在太阳表面呢是从赤道往南北极运动，对吧？
然后呢，比如说在0.8个太阳半径的地方，或者0.85，它就 返回了，回流。
然后在下面呢有另外一个跟它这个 转的、 旋转方向完全相反的一个涡旋。
这是他的一个结果。
那今年呢这个，印度的一个院士，叫Choudhuri， 那他呢就做了一个研究，说如果只有两个涡旋的话，
这个是产生不了十一年的周期，太阳这个黑子的十一年周期的。
那如果你说必须要不止一个，一个是可以，那 一个，如果说你必须要多于一个的话，两个不行，那可能有三个。
所以这样的话，使得这个这块变得异常的复杂，以至于大家，就是说新的结果会层出不穷。
那为什么不是很确信呢？就是因为日震学目前这个观测结果
只适合比较，对于这个浅层，这个结果比较可靠； 对于深层，它的误差就越来越，就更大。
所以我们需要就是说将来 发射更高，这个精度更高的望远镜去探测更深的这个
得到里面，就是灵敏度更高，然后呢精度更高，然后可以探测到里面更深的这些、 这个流动。
这个 除黑子我们看到的，刚才说了，我们是直接能看的着。
那它，通过这个日震学的反演，我们可以知道，这个黑子它亚表面，就是在表面以下内部的- 这个结构
举个例子，这也是赵军伟他们的工作，那他们呢比如说观测到一个黑子
它表面的正当的磁场，根据这个磁场然后去繁衍它里面的内部的温度结构。
这就是他们得到的黑子下面的这个温度，蓝的地方呢是温度
比周围要低一点，红的呢是比周围高一点，发现黑子黑嘛就是因为比周围暗对吧。
但是那只是在浅层暗，在深层你会发现它又比周围要更亮。
[空白音频] 而且它可以得到黑子下面的这个物质的流动。
黑子正是由于这种汇聚的流动才使得把这个磁力线束缚在这，而没有散开。
当然啦，我们它不但可以知道这个黑子已经出来了，它内部是什么结构。
2011年他们发表了，在Science这个杂志上发表一篇文章。
就是黑子还没有浮出来，正在要浮的时候 黑子从这个太阳内部浮出来对吧，还没有被你看着的时候
它通过认证学能够繁衍出有一个黑子正在浮现。
那举个例子，上面是太阳表面，那下面有一个黑子在这浮现。
这个浮现呢，既然有个黑子在这个磁场啊，很强的磁场 那它浮现的过程中，肯定就会影响到这个声波的传播。
所以它就测量这个，根据这个区域它的这个速度层，然后呢去按照认证学的方法
繁衍这个里面的这个结构，发现在这个 太阳表面以下42兆米和到75兆米之间
有这个右上角这个图，就看到了有一个 黑子的存在，在这个太阳内部以下吧。
而等到24小时以后，果然在太阳表面
浮现出了一个黑子，看着了，所以这个结果才发表在这个Science这个杂志上。
那更重要的是它们是实现了这个太阳，我们能看到太阳的内部对吧。
那甚至，更高更难的一个问题是我们能不能看到太阳背面。
所以这是这个工作是这个美国同行他2000年也是发表Science杂志上。
那举个例子，我们观察者假设在下面这个方向看 那上面就是背面对吧，是我们人眼看不见的。
这时候如果有一个黑子的话，那黑子下面我说了，黑子它生成时温度会高一点对吧。
所以声波传播的时候，你会发现
它经过那儿，就传的快一点，所以从右边的一个 绕动，然后经过几个来回的反射，经过那个黑子
然后最后又传到了这个我们正面的这个左边，这时候呢它的时间要比
正常的要短，这就说明那有个黑子，所以根据这个方法就可以繁衍这个背面的结构。
那我们来看它们实际的一个例子，比如说这是这个右上角的这个图，这是2001
年3月15号观测的，那直接观测的是两边，是太阳表面的。
太阳这个正面的，叫S Side，当然这里有一个黑子了。
那这个中间的这一部分，它就是它的这个 通过认证学繁衍的这个背面的这个像。
也发现有几个黑子了，你会发现几个这个几个亮的地方也是黑子。
然后等到这个太阳不在转嘛对吧，从东往西这样转。
等到这个3月28号，背面转到中间来啦，确实看到了这个地方
有几个黑子，所以这个文章也发表在这个Science上。
这个结果相当于是什么，相当于就是我只要看到你正面 你的笑容、 你的肌肉的颤抖，我可以看到你的后脑勺长了一个包。
那其实这种方法不只是用在太阳，甚至可以用在恒星。
几年前呢美国发射了一个Kepler望远镜。
这个望远镜比如说对于很多这个恒星，恒星很多是不可以成像。
但它就测它的亮度，没有这个空间分辨率。
我就测一分钟测一次它的亮度，比如说这个，第一个图是测 次巨星它的随时间的变化，这个亮度，那红巨星，然后蓝巨星，等等。
然后由这个亮度、 这个时间的变化，然后呢来繁衍
它的内部的结构，甚至可以时间积累长呢，你可以 得到这个恒星它随着时间的演化，是不是有像太阳
11年周期一样的这个恒星活动周啊等等。
还有可以知道这个不同恒星处在不同年龄阶段
这个恒星它内部的这个结构，有没有对流区有多厚，辐射层有多厚，等等。
所以导致了一大片的结果。
那这个望远镜的发射确实使得，用我们一个德国的一个同行，就是马普研究所的所长的话
说，这个望远镜的发射，使得当初奄奄一息的这个恒星物理 突然像注射了鸡血一样，变得非常的活跃。
所以就是可以得到了非常多的结果，那如果是我，我假设是个学生，像你们这个年龄的话
我会奋不顾身的投入到这个领域。
好，这一部分就到这儿。
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