2018年9月27日 星期四

《優雅的宇宙》等書的閱讀備忘








《優雅的宇宙》

標準模型(目前用來解釋我們日常生活所處的世界的有效理論)裡有許多“初始條件”,譬如基本粒子及其質量,但因為這些數字看起來極其隨機,假設我們任意更動其中數字,我們就會得到完全不同性質的宇宙,也不可能有人類甚至生命存在,這就引發了宇宙學的書裡常提到「微調論」,為什麼基本粒子是那些,為什麼有三族而不是一或五,為什麼它們的質量看起來像射飛標般的隨機分佈,諸如此類,許多數值看起來都被「某不知名的造物者」精心調整過,另有一種解釋為「人擇原理」,它說只因為我們(人類)在這裡,所以我們才能觀察這些數值是這樣而不是那樣,一切純屬偶然。
無論從微調論或者人擇原理,我們可以合理的推論,還存在其他微調數值不同即在我們所在宇宙之外的其他宇宙(為何不?),這是《穿越平行宇宙》一書探討的主題之一。



“強力與電磁力的強度比例微妙地決定著構成化學元素周期表上百餘種元素的穩定原子核的存在……假如兩種力量的相對強度發生極小變化,就可能破壞它們之間的平衡,使大多數原子核發生分裂。而且,假如電子質量再大幾倍,它就會與質子結合成中子,吞噬氫原子核,從而破壞更複雜原素的產生……”,《優雅的宇宙》一書的開始也提出同樣的問題,而書中要說明的超弦理論(一個仍在發展中的,萬有理論的候選之一)正是嘗試要回答這些問題。




弦理論的基本思想是,萬物在最微觀的層次上是振動的弦的組合構成,我們觀測到的粒子性質不過是弦的不同振動方式的反映,以弦來代替粒子,即可解決廣義相對論與量子力學間的矛盾。大自然看似隨機的基本粒子性質在弦理論中都是宇宙幾何的某些基本表現。

本書的前半部等於在幫讀者複習過去至當代宇宙學最相關的兩個重要理論,相對論與量子論。
前三章先介紹相對論的基本觀念與經過的驗證。

為了說明光子鐘,作者談到“完全的規則運動也隱含著時間的觀念”,就此點,最近自己正好在思索一個問題,規則的循環似乎不需要與時間相關,如果假設太陽系各星球永恆的循環下去而沒有其他性質的變化,我還能感覺到“時間的概念”嗎?

讀到第54頁一個有關狹義相對論的詮釋很有意思,印象中在別的書不曾看過,敘述是這樣的
“現在來看愛因斯坦的思想飛躍,他宣佈,宇宙間的一切事物總是以一個固定的速度—光速,在時空裡運動……我們現在講的是在四維-三維空間和一維時間-裡的組合速度,這個推廣的速度正好等於光速……相對於我們靜止以及相互相對靜止的所有物體,都在時間裡運動-以完全相同的速度或節律衰老。然而,假如物體在空間運動,那麼剛才講的在時間的運動一定會轉移一部份到空間來……相對我們運動的物體的時間變慢的原因,是它在時間裡的部份運動轉移為空間運動了。我們還看到,這個理論框架直接包含著一個事實;物體的空間速度有一定的極限。假如物體在時間裡的運動完全轉移到空間來了,物體在空間的運動就達到那個最大速度。” 所以就得到了一個有趣的結論,光不會變老,在光速下時間並不流逝,大爆炸出來的光子仍是它當初的樣子。
這裡頗值玩味,帶來許多思考與想像的空間。如果光的時間不流逝,是否代表它在時間軸上是處於靜止?那麼若能透徹光的一切我們是否能得到任何關於時間的秘密?是否能發現時間棲身之處並且找到往回走的道路?而如果你是光,在你眼中的萬物的流逝是怎麼的樣貌,應該是如白駒過隙吧,也或許,在光的眼裡我們也都化作了一陣光。

第四章開始介紹量子力學,關於量子力學的古怪相信許多人都時有聽聞,作者特別提醒
“量子力學除了在數學上是和諧的,我們相信他的唯一理由是它做出的許多預言都得到了異常精確的證實。”
量子力學始於為了解決使用古典方式計算烤箱內輻射總合的能量為無限大的荒謬答案。普朗克於1900年提出能量包(隨波頻率增大而增大)的假設。接著是光電效應證明光具有粒子效應,雙狹縫實驗又證明光具有波的特性,“波粒二象性”是我們對此現象的稱呼,光既是粒子又是波。如果你認為這已經夠奇怪的,那接下來可能讓你驚訝的嘴巴合不攏,後來德布羅意將此現象由狹義相對論延伸出“萬物皆是波”的推論,電子實驗也證明了電子的干涉現象,只是這個波長等於普朗克常數(1.05*10^-34 焦耳.秒)除以物質的動量,所以只有在微觀下我們才能看見物質的波。然後又是革命性的發展,薛定諤寫下了波涵數的方程式用來描述電子在某處被找到的概率,費曼描述電子的雙狹縫實驗是電子「同時穿過兩個縫」,進一步說,每顆電子窮盡了所有可能的路徑,他發明了“路徑求和”的計算方法,且與現實符合的很好,開啟了量子力學的時代。波函數與路徑求和方法雖一樣,但是關於事件的發生是不同的思維,作者認為兩者對許多問題都能提供豐富的解釋框架。

當然,我們不能忽略海森堡的測不準原理,以及它衍生的一種奇妙的效應“量子隧道”。

“海森堡曾證明,在位置和速度的測量精度間存在一種平衡。他還證明,同樣的平衡關係也存在於測量能量和測量時間的精度之間。量子力學斷言,我們不能講一個粒子在某一時刻具有某種能量。為了提高能量的測量精度,必須增大測量的時間。大體上講,這意味在足夠的時間尺度內,粒子的能量可能瘋狂地漲落起伏。所以……量子力學也允許粒子借能量,只要它能在海森堡不確定性原理所規定的時間還回去。”

要嘛我們就必須接受費曼建議我們的,自然就是如量子力學揭示的荒謬,要嘛就是我們對自然的本質尚未透澈認識有所誤解。

然後,物理學家門發展出將狹義相對論結合電磁力的量子電動力學,以及關於強力的量子色動力學、弱力的量子弱電理論的預測與實驗完美的吻合。至此我們有了除引力之外的三種力的統一理論,這就是我們今日所稱的「標準模型」。然而想要如法炮製於引力上的結合廣義相對論與量子力學的嘗試卻困難重重,到目前尚未成功。
“廣義相對論的核心原理—光滑的空間幾何的概念—被小距離尺度的量子世界的劇烈漲落破壞了……實際上,那矛盾是很具體表現出來的。把廣義相對論和量子力學融合起來的所有計算,都得到一個相同的答案:無限大。”
於是,曾被忽視多年的弦論重回舞台,第六章起即是說明超弦理論的細節。

1974年施瓦兹和就謝爾克發現有某種弦的振動模式就完全符合假想中的引力子即力的信使粒子(沒有質量的2自旋),因此弦論的物理學家們開始認為這可以成為一個包含引力的量子理論。(1984他們證明了弦論可以包容下四種基本力。)
(光子、弱規範玻色子、膠子等三種信使粒子為1自旋。所有的物質粒子則與電子同樣為1/2自旋)

“點粒子的相互作用在確定的時刻發生在空間確定的一點。點粒子把一切相互作用都擠進一個確定的點。當相互作用的力是引力——就是說,傳遞相互作用的信使粒子是引力子,而不是光子——那麼,完全擠在一個點的相互作用將帶來災難性的結果,如我們以前提到的無限大結果。反過來,弦把發生相互作用的地方抹開了……於是,原來計算無限大的地方,現在出現了很好的有限的結果。”

超對稱——對自旋來說,有種在數學上可能的自然率的對稱性。如果宇宙是超對稱的,自然粒子必然成對出現且自旋相差半個單位。譬如電子應該有0自旋的超伙伴。但至今科學家們還沒找到任何已知基本粒子的超伙伴(它們的質量比已知粒子重很多,可能是質子重量的千倍以上)。

當穿過粒子生成與淹滅的量子雲霧,近到10^-29公分的距離下觀察時,電磁力、強力、弱力這三種力將趨於一致,但仍存在微小差異。而宇宙若存在超對稱,超伙伴形成新的量子漲落將可以完全消除這個差異。

包含超對稱性的弦論即為超弦理論。

1985 年時超弦理論包含以下幾種
I型、IIA型、IIB型,雜化O(32)型、雜化E8*E8型,它們有9維空間1維時間。
後來精確計算多一維可以將廣義相對論與電磁力結合起來。
11維超引力。

1995年第二次超弦革命,發現以上五個弦論+超引力子論都可以由一個更基本的11維M理論統合(各種膜的平等)。

卡魯扎—克萊茵理論:高維宇宙,宇宙存在蜷縮的其他維度。

高維的弦論在計算上才會避免出現負的量子機率。
幾種弦論互相間的對偶性使得微擾法可以用來分析弱耦合的對偶圖景。

當弦的耦合數大於1時微擾法不能使用。(耦合數越大,一根弦分裂成兩根的量子漲落生成虛弦對的可能性就越大)
目前尚不知各弦論各自的藕合常數。

奇妙的倒數宇宙:
弦的狀態
弦的能量有兩種來源——弦的振動與纏繞。蜷縮維的半徑越大意味著大的纏繞能和小的振動能。反之,小半徑則意味小的纏繞能和大的振動能。“這將我們引向一個重要事實:任何一個蜷縮維的圓周半徑大的二維世界都對應著一個半徑小的世界……由於物理學性質關心的是弦結構的總能量——而不在乎能量如何在纏繞和振動間分配——所以這兩個幾何形態不同的管子世界沒有物理學的區別。”
“雖然我們在二維管子世界裡進行討論……如果我們有三個展開維和六個蜷縮維——後者是所有卡—丘空間的最簡單形態——那些結論也是完全一樣的。每個蜷縮維有一個半徑,它與半徑為倒數的維將生成在物理上完全相同的宇宙 ”

尺吋大小也是虛幻?這有點像俄羅斯套娃或碎形。不過這也是可以想像的,任何的尺度下都是一個宇宙,我們的宇宙在更大的宇宙的尺度下來看也許就像我們看原子一樣渺小。

“我們甚至還可以把這個結論推得更遠。在我們的宇宙中,可以看到三個展開的空間維,據天文學家的觀測,它們看起來都延伸到大約150億光年………我們不知到它們是繼續無限延伸下去,還是把自身蜷縮成超出我們望遠鏡感覺能力的一個巨大的圓 假如他們是捲曲的,那麼在太空遠行的宇航員不斷朝一個固定方向走下去,就能最終繞宇宙一圈……回到原來出發的地方。看來,我們熟悉的展開維也可能是些圓圈,從而也像弦理論說的那樣,R與1/R的世界是不可區別的。)”

“因為輕弦模式測量的模式的宇宙半徑總是大於普朗克長度的,一個特別的結果就是,我們避免了一個趨向於零的大收縮。根據最輕弦模式的測量,宇宙半徑不會朝比普朗克長度更小的方向收縮,當它收縮到普朗克長度時,它會反過來增大。反彈的一幕代替了無限的大擠壓。”看來超弦理論似乎一次可解決許多宇宙學的問題。

時間與萬物都會reset,回到源來出發的地方嗎?

弦理論不需要微調是它的優美之一。
但數學太複雜了現在關於弦論的計算尚只能用微擾法做近似計算,弦論的終極目標是完成一個不需微擾的精確計算的M理論。





自從宇宙微波背景CMB的天圖解析度越來越高,開啟了精密宇宙學的時代,幾個以大爆炸為基礎,CMB 觀察結果為輔的相關宇宙論紛紛出爐,物理學家也開始做大膽的猜想,譬如彭羅斯(他並不認同暴脹說)的共形循環宇宙("cycle of time"),並且從CMB圖找到的同心圓圖形,他認為可能即是前宇宙代的巨大黑洞造成的重力波(但有些學者則認為那是隨機造成的圖形)。
又譬如曾參與SDSS(Sloan Digital Sky Survey)計劃,《穿越平行宇宙》("Our Mathematical Universe")的作者Max Tegmark更為激進,他認為我們的宇宙,或者說外在的物理實在即是一個數學結構(MUH 數學宇宙假說)。而在這本書中他提出了四層平行宇宙(多重宇宙)的理論,第一、二層是為從永恆暴脹理論 eternal inflation ,如果相信暴脹是永恆的,那必然會推出此結果。書中作者假設暴脹(為Alan Guth 所提之理論)之機制為一團不可稀釋之物質的指數膨脹造成暴脹而此物質在一定時間後會衰變成非暴脹物質(但這啟始的暴帳物質從何而來?作者似乎沒有提出)。暴脹理論可解決視界、平坦性與大爆炸等問題。

第一層平行宇宙為與我們所在同一時空中但因為暴脹(已經以大爆炸的方式停止或減緩)而使得光無法到達我們的其他區域。暴脹造成無限空間,並且於空間中均勻地充滿物質,因此存在另一個你只是永恆暴脹理論的一個簡單預測,他會在(10^10)^29米之外的某星系中。

比較難以理解的是一開始的暴脹物質從何而來(又是量子漲落無中生有?),作者稱其為一團不可稀釋之暴脹物質,它以指數膨脹。然後此暴脹物質在一定的半衰期後會衰變成一般物質。

第二層平行宇宙則為被彼此的仍在持續著的永恆暴脹的邊界隔開的,永遠無法到達的區域,作者認為我們所在宇宙的微調性是第二層宇宙存在的證據。“我們可以用太陽系的微調性來預言其他不同恆星系的存在,即使它們還未被我們發現。作者指出用同樣的邏輯,我們也可以用我們宇宙的微調性來預言其他不同宇宙的存在”,但“第一個事實是,第二層多重宇宙中包含著不同時空維度組合的宇宙;第二個事實是,在所有的維度組合中,只有維度為3+1的宇宙才可能存在生命。”,並且因為平行宇宙會窮盡所有物理常數的所有值,所以所有可能發生(合乎數學結構)的事皆會發生。

第三層為量子平行宇宙,存在於希爾伯特空間中(Hilbert space)。這理論最早由Hugh Everett於1954提出,現在我們將其稱為多世界詮釋,其認為波函數並不塌縮,此平行宇宙並不是普遍以為的因為人類或自知覺體觀測下、波函數塌縮時分裂出的世界,作者認為波函數本身即揭示了多世界的存在,不管有沒有觀察者,波函數永遠尊循薛定諤方程式在變化著。但我們無法感受到自己存在於疊加態中,乃是因為在我們觀測前疊加態就因為與其他粒子的碰觸而交換了訊息,這就造成了退相干的現象(密度矩陣之非對角位變成零),作者舉量子撲克牌實驗為例,這個實驗有點像是薛定諤的貓的真人版,讓你的思維同時處在兩種狀態,但這兩狀態完全意識不到彼此的存在。這聽起來有點玄,我像許多人一定跟我一樣會生起這樣的疑問:「為什麼我感知到的是這個我,而不是在另一個平行世界的我?」

最後一層多重宇宙乃由不同的數學結構造成。“這可以看作一種激進的柏拉圖主義……所有數學結構都以物理形式存在於洞穴之外的某處。”這也是作者的數學宇宙假說的主要推論,譬如我們將現今標準模型的對稱性以其他不同的對稱性取代其中任一項,我們就能得到擁有不同粒子與作用力的數學結構。

最後一章作者提醒我們,平行宇宙並不是一個理論,它是某些理論的預測。他介紹了一些學界反對多重宇宙的普遍論點包括暴脹可能是錯誤的、量子力學可能是錯誤的、弦理論可能是錯的、多重宇宙可能是不可證偽的等等,並對這些問題給出看法。也簡單討論到了宇宙未來的命運,以及人類如何避免自我毀滅(這似乎經常被討論),以及AI的技術奇點問題。最後,談到人生的意義,這部份倒有點像《詩性的宇宙》一書的結尾,雖然認為外部宇宙可以一則印在T恤的數學函數描述,但又要尋找數學結構外的的意義,這類文章似乎最後一定要回到以人為本的結尾,這部份是否能說服你就要看每個人的體會了。




《火星的故事》(patrick moore on Mars)
這本書也很不錯,跟之前看的》太陽科學》類似都是彩圖很少不過內容很豐富的書。
本書前六章主要在介紹純望遠鏡時代的火星觀測史,包括一些充滿想像力以及可能由於望遠鏡光學缺陷或視相不好所造成的火星運河風潮,至於對火星地表環境的猜想以及在有探測器到達火星之前如何用科學的方法嘗試檢驗,包括掩星、光譜等方法。後半部則介紹太空時代、人類開始以火箭探測器開始探索火星,約1960年以後至本書完成時約2000年為止的發現,包括水手號、海盜號,以及pathfinder 火星車等的發現。


作者也在本書中介紹自己用8.5及12.5吋觀測繪製的火星(反照率特徵)地圖,也就這份地圖作了一次巡禮,附錄中詳細表列了地面望遠鏡能觀測的反照率特徵及其座標,以及除極少數幾個地形以外地面望遠鏡並無法看到的地形地名,同時也給予一些火星觀測上的建議。這本書雖然成書時間較早,不過火星地形與反照率特徵除了季節性的兩極區的極冠消長循環、二氧化碳雲團變化外,及常在其運行到近日點或大衝時發生的沙塵暴以外,大致上是不變的,過去的火星軌道探測器已經做了相當程度的調查,也確定了一些基本的性質,所以閱讀本書除相當有趣外也長了不少知識(覺得自己孤陋寡聞)。

關於反照率,因為跟我們用望遠鏡觀測息息相關(我們自望遠鏡裡看到的是這些反照特徵),所以找了一些參考資料,資料摘自《火星——關於其內部、表面和大氣的引論》(Nadine G.Barlow , 2010)一書。


反照率:
表示物體對太陽光反射的物理量。理想的反射體反照率為1.0,理想的吸收體反照率為0。

Ab(邦德反照率)=Fr 反射通量/ Fi 入射通量
R=行星半徑
r=行星與太陽的距離
L solar=太陽的照度= 3.9*10^26 W
Fi=(L solar * R^2)/4r^2


物體反射的太陽光與地秋接收太陽光的量會隨相位角(太陽—目標—地球之夾角)變化

火星反照率Ab平均約 0.25,當相位角為0時反照率A0平均約0.15
但火星表面的反照率會隨位置變化
最暗區域A0約0.1,肉眼下呈現淺灰色。最亮區域A0約0.36(不包括火星極冠),呈現赤紅色。
較亮的區域通常與塵埃沉積相關,氧化鐵的存在暗示它們許多是富鐵火山物質的風化物。

較暗的區域與富玄武岩物質(南部高地)、安山岩(北部平原)相關。
當採用紅光濾鏡(約600nm)觀察時火星反照率對比度達到最高 。
高反照率特徵的Hellas 區域相應於海拉斯平原(一撞擊盆地),據《火星的故事》一書中作者描述當此盆地覆滿雲時它的反照率極高,幾乎和極冠一樣亮。大賽提斯(Syrtis Major)為一典型低反照率區域,與火山高原Syrtis Major Planum 相關。

熱慣性 I (於暴露於太陽輻射的表面區域吸收的太陽輻射通量)=(1-Ab)*Fi
I可用來估計岩石的豐度。

低I區與高反照率相關,高I則常與低反照率相關,另外高I與中等反照率構成第三類區,被認為是有岩石與基岩露出點綴的硬殼所覆蓋的表面。




這本是藤井旭的著作,全書都是彩頁,照片豐富,包括一些珍貴的紀錄照。嚴格說來這本主旨並不是介紹如何觀星的參考書,雖然裡面仍有些篇幅介紹如何尋找四季星座(在他的另一本專為觀星寫的入門書《春夏秋冬:天文星座觀測趣》裡也可以找到這些圖),應該說它是一本介紹如何欣賞星空的書,一點諸神的花園的日本版的味道,再加上作者豐富的經歷,其對於日本天文界的所見所聞,一些觀星史料與逸聞。相當引人入勝。


書中介紹了一些星星相關的日本傳說,譬如昴星團(七姐妹,M45)相關的傳說與浦島太郎,以及有關星空的傳統祭典譬如七夕。

也談及星空相關的藝術,譬如介紹梵谷星夜與隆河上的星夜這兩幅融合真實與想像的名畫,然後還有北野恆富畫的〈星〉(傍晚)那幅著名的以背靠著欄杆,兩手撐著微微昂首仰望星空,全身反射著幽幽微光的穿著和服的女人,有著難以言喻的,神秘的韻味。這幅畫我也曾在林完次的書中見過引用, 不過在這裡的畫佔了一整頁可仔細欣賞。另外還有幅登上日本郵票的名畫〈觀星仕女圖〉(太田聽雨於昭和10年所繪),畫中的20公分折射望遠鏡可是日本的第一台國產望遠鏡。
藤井旭還介紹了NHK曾製作一個節目,同好們為了驗證一個在白天從井底可肉眼看見星星的傳說,聚集於宮城用廢棄的焚爐煙囪來試著裸眼看白天的織女星(0等)的實驗,但未能看見,依然是一則神秘的都市傳說。

當然,客星,即彗星、超新星等現象,還有流星等天體也是有相關的故事。

另外還花了不少篇幅在介紹日本隕石,文中似乎可以看見日本的一些傳統似乎對隕石帶有崇拜的觀念,在各墜落地點廣設紀念碑,書中這部份可稱上是日本隕石遺跡朝聖之旅。(笑)





很不錯的一本書,學到很多知識。以前看過的關於太陽的科普書都是照片很多但訊息很少,這本初看覺得照片少的可憐,但讀完後覺得內容相當紮實,釋疑了過去讀過許多書上談到太陽時只有空洞的辭彙而解釋含混不清的細節,也八卦了一些太陽觀測、研究相關的歷史故事。(如果想看精美的太陽特寫,可以參考貓頭鷹出的“The Sun”,書裡面還有與太陽有關的大自然現象的豐富照片。)

作者本身從事的就是研究太陽物理(目前在研究日冕拋射物質CME,或更精確的說磁場的拋射),同時她也主持過BBC的科普節目,可能因得以敘述的非常清晰,又深入淺出、拿捏非常得宜。

以下筆記一些要點。
太陽上方18%是對流,其餘82%是內部的輻射。
太陽是一團熾熱的電漿(等離子體),是物質的第四態,蒸汽加熱到約攝氏一萬兩千度就會變成第四態。

然而一顆光子要從太陽內部出來可不是一轉眼的事,它實際上經過湯姆遜散射的現象,不斷被電子吸收然後電子又向隨機的方向射出光子,不斷的上演如此情節,最後像接力般的終於最後一棒到達表面。
“平均來說,在輻射層,各個光子只能行進大約一毫米,就會碰撞到一顆電子……出去外面,可能需要先彈跳十兆兆次。總共需要十七萬年。”但微中子如入無人之鏡從太陽核心到表面。只要兩秒

米粒組織(對流胞)各自約有一百萬公尺寬。

中央一千五百萬度,輻射層七百五十萬度,到對流層降為兩百萬度。從對流層到光球層,電漿從不透明狀態變為透明,迅速過渡成一圈稀薄的氣體。光球層從六千五百K,到外層的四千九百K,氫原子核得以再補獲電子,如果電中性的氫原子又得到一顆額外電子,就變成了負氫離子。太陽發出的光有九成五出自負氫離子。

紫外光會激發玻璃中的原子,因此玻璃對紫外光不透明。

第五章介紹太陽黑子的觀測史。
1769年威爾遜觀察太陽黑子,推測本影是表面的凹陷,半影是向下傾斜的凹陷邊坡。
今日我們知道黑子發生在光球層,這裡溫度比周圍低約兩千度,相對較暗。

了解黑子產生的機制始於海爾,海爾開發了太陽攝譜儀,即可以以一種波長的光譜拍攝整個太陽盤面的照像裝置,作者大致說明了它的結構與運作原理,如果有興趣你應該也能自己動手製作一台,當1891海爾在麻省理工學院讀書時就成功製作出來(同時期另有兩位天文學家也各自做出類似的裝置。)

“H-alpha的譜線波長為656.3nm,在電子從氫原子的第三能階下降到第二能階時就會形成,最有可能的情況是:一顆自由電子與氫原子核重新結合,向越來越低的軌域逐步跌落。我們看到這種波長的光,來自光球層上方約五千公里高度,在太陽黑子上方發光的電漿。”

最後海爾找到了黑子與磁場的關係:
“海爾使用的最後一項資訊,來自荷蘭物理學家季曼(Pieter Zeeman)在1896年做的實驗,證明了強磁場可能影響「白熾蒸汽」發出來的光……弱磁場會導致譜線變寬,而強磁場則會導致其中一些譜線完全裂開,變成兩條以上彼此分離的譜線。(季曼效應)”
而也因為磁場,黑子才會成對出現,磁場產生了黑子。

第七章詳細說明磁場如何交織成磁繩然後磁繩浮出表面形成一對黑子。以及為何黑子一前一後會有神秘的傾斜的「喬伊定律」。

第八章談到日冕,日食時看到日冕的光子是從光球層產生的,衝上日冕電漿後散射。
在色球層發現氦。氦原子若要發射光子,就必需有電子被提升到更高能階,然後被激發的電子掉回原來能階時就會發出特定波長光子。但溫度要達到克氏兩萬度以上,我們能看見色球層的氦的發射譜線,表示色球層比光球層還熱。而日冕的冕素(Fe XIV鐵離子, Ca XV鈣離子, Fe X等發射的)譜線則需要更高的溫度,日冕的電漿必需超過一百萬度。

(本書編者注:中性原子產生的譜線用羅馬字I標誌,而失去一個電子的譜線標為II,以此類推,故羅馬字編號等於失去電子數加一)

作者也順帶提到「禁線」(forbidden lines)這個名稱的由來,原來這些譜線在地球實驗室的條件下出現的機率非常低。

第九章談到太陽之於太陽系的影響。談及光壓作用於彗髮上的力將這些塵埃粒子推出形成一條彗尾,然後還有一條是由於太陽的紫外線將彗星上氣體粒子電離,並將其向後吹成為電漿尾,太陽風會將此離子尾吹得稍微有些角度,並不正好在彗星對準太陽的反方向(彗星行進路徑切過向外流的太陽風)。

書中尾聲解釋目前發展中但尚不完備的,磁力線重連的太陽閃焰產生的機制。以及日冕拋射物質與太陽磁力線的關係。
“蘇聯衛星顯示,太陽閃焰的X射線發射,可能出自於色球層上方二萬公里的高處 不僅如此,也暗示著閃焰的閃光是由高處先發生——閃焰最先發生在最高點,而色球層發出閃光只是某種次要的效應。”
閃焰發生時日冕中的電漿雖達到了幾千萬度,但研究發現,太陽閃焰並無足夠能量造成CME噴發,且觀察下閃焰和日冕物質拋射並不總是一起發生,它們常各自發生。目前包括作者仍在研究CME的機制,朝向可能是因為磁繩拱形間發生磁力線重聯、磁旋量的釋放。

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