GONG项目

诗人T. S. 艾略特写道：“我听到了美人鱼的歌唱。”剑桥大学的道格拉斯·O·高夫等天文学家可能会回答说：“是的，但我们听到了太阳的柔和振铃。”高夫是新兴的日震学领域的先驱。

在过去的二十年中，科学家们慢慢学会了读取太阳的微妙声波振荡——类似于钟声的音调和泛音——来探测我们最近恒星的不可见内部结构。这项工作刚刚得到了两个新实验的巨大推动，一个是地面全球振荡网络组织（GONG），另一个是太空太阳和太阳圈观测站（SOHO）上的仪器。1996年5月31日出版的《科学》杂志上发布了一系列新闻稿、报告和一篇专题论文，记录了日震学如何最终实现了不可思议的事情：对太阳深处不可见的结构和过程有了全面的了解。

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GONG由位于世界六个位置的相同天文台组成；它们于1995年10月开始服役。SOHO甚至更年轻，于1995年12月发射。这些实验寻找的振荡非常微妙。一个典型的声波会在6000摄氏度的太阳表面整体翻滚的基础上，产生每秒一厘米左右的速度变化；振荡的周期从几分钟到几小时不等。

这些运动可以通过它们改变太阳发出的光波长的方式来检测（这种现象称为多普勒频移）。也可以检测到声波引起的太阳局部亮度变化；这些变化也微乎其微，大约为千万分之一。高夫指出，即使在20世纪70年代后期，许多天文学家也嘲笑日震学可以产生任何关于太阳内部可用信息的想法。然而，现在天文学家可以自信地描述太阳的密度和压力，精度高达 1%。

日震学可以做的不仅仅是描绘太阳物理状态的总体图景。它还可以前所未有地洞察恒星的发光方式。在早期的一项胜利中，美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的 T. L. 杜瓦尔推断，在 200 万到 400 万摄氏度的温度下，太阳内部的透明度必须比预期的要高得多——这是一项在实验室中几乎不可能实现的根本性高温物理学发现。这些信息促使天文学家修改了他们关于太阳核心核反应能量如何到达表面的模型。

更详细的太阳内部知识实际上加深了其他一些科学谜团。近 25 年来，科学家们注意到，来自太阳的中微子（作为核聚变副产品产生的无电荷、几乎没有质量的粒子）的通量明显低于预期。要么是我们的粒子物理理论中缺少了某些东西，要么是太阳内部发生聚变的地方的特性与研究人员假设的不同。日震学使得检查太阳深处的物理条件成为可能；丹麦奥尔胡斯大学的约根·克里斯滕森-达尔斯高在《科学》杂志的其他地方报告说，GONG 的结果“表明，通过修改太阳模型的计算，无法找到中微子问题的解决方案”。这对物理学家来说是一个令人兴奋的发现，它证实了其他关于影响亚原子粒子的根本性新过程存在的迹象。

地震研究还可以洞察太阳的遥远未来。在数十亿年后，太阳将耗尽其核心中的氢燃料，引发一系列事件，最终导致它作为坍缩的白矮星而死亡。这种情况何时发生取决于太阳核心与其外层之间发生的混合量：混合越多，太阳的寿命就越长（因为更多的氢可以进入中心核火焰）。高夫和一大批合著者报告说，在 GONG 数据中发现了暗示，混合量可能比通常认为的要大。这对我们这些居住在地球上的人来说可能是个好消息，但它可能会给宇宙学带来麻烦。最古老恒星的年龄已经与宇宙本身的估计年龄非常接近。如果恒星的衰老速度实际上比预期的要慢，科学家们可能会面临一个全面的悖论。

与早期仪器相比，GONG 和 SOHO 的一大优势是它们可以连续覆盖太阳：GONG 的眼睛分布在世界各地，而 SOHO 则在远离地球的太阳轨道上运行，永远不会陷入黑夜。这种连续性使得可以收集关于探测太阳深处的非常微妙的声波振荡的极其精确的数据。伦敦大学的 M. J. 汤普森及其同事利用这些数据探索了太阳内部的旋转方式。天文学家长期以来一直认为，太阳致密的核心比其外层旋转得更快，部分原因是太阳（像大多数年轻恒星一样）在早期是一个快速旋转体。GONG 表明这种假设是错误的，提出了关于恒星如何失去角动量的新问题。（顺便说一句，这是一件好事；快速旋转的恒星会产生强大的耀斑和其他爆发，这些耀斑和其他爆发可能对像我们这样的生命形式造成毁灭性的打击。）

日震学仍然是一个年轻的领域，因此如此多的问题有待解答也就不足为奇了。GONG 将提供多年的不间断太阳观测，这可能会阐明导致太阳活动 11 年周期的难以理解的机制。美国宇航局马歇尔太空飞行中心的 David H. Hathaway 领导的 SOHO 团队仅使用四个月的数据，就已经在太阳表面检测到巨大的对流流动。

展望未来，SOHO 的卓越精度最终应该能够让科学家观察到一种更精细的太阳振荡：浮力波，它可以穿透到太阳产生能量的核心。这种检测可能还需要一年时间。但即使现在，天文学家也惊叹于他们能够如此清晰地听到太阳发出其最深层的秘密。