GONG專案

詩人T. S. 艾略特寫道：“我聽到了美人魚的歌唱。”劍橋大學的道格拉斯·O·高夫等天文學家可能會回答說：“是的，但我們聽到了太陽的柔和振鈴。”高夫是新興的日震學領域的先驅。

在過去的二十年中，科學家們慢慢學會了讀取太陽的微妙聲波振盪——類似於鐘聲的音調和泛音——來探測我們最近恆星的不可見內部結構。這項工作剛剛得到了兩個新實驗的巨大推動，一個是地面全球振盪網路組織（GONG），另一個是太空太陽和太陽圈觀測站（SOHO）上的儀器。1996年5月31日出版的《科學》雜誌上釋出了一系列新聞稿、報告和一篇專題論文，記錄了日震學如何最終實現了不可思議的事情：對太陽深處不可見的結構和過程有了全面的瞭解。

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GONG由位於世界六個位置的相同天文臺組成；它們於1995年10月開始服役。SOHO甚至更年輕，於1995年12月發射。這些實驗尋找的振盪非常微妙。一個典型的聲波會在6000攝氏度的太陽表面整體翻滾的基礎上，產生每秒一釐米左右的速度變化；振盪的週期從幾分鐘到幾小時不等。

這些運動可以透過它們改變太陽發出的光波長的方式來檢測（這種現象稱為多普勒頻移）。也可以檢測到聲波引起的太陽區域性亮度變化；這些變化也微乎其微，大約為千萬分之一。高夫指出，即使在20世紀70年代後期，許多天文學家也嘲笑日震學可以產生任何關於太陽內部可用資訊的想法。然而，現在天文學家可以自信地描述太陽的密度和壓力，精度高達 1%。

日震學可以做的不僅僅是描繪太陽物理狀態的總體圖景。它還可以前所未有地洞察恆星的發光方式。在早期的一項勝利中，美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的 T. L. 杜瓦爾推斷，在 200 萬到 400 萬攝氏度的溫度下，太陽內部的透明度必須比預期的要高得多——這是一項在實驗室中幾乎不可能實現的根本性高溫物理學發現。這些資訊促使天文學家修改了他們關於太陽核心核反應能量如何到達表面的模型。

更詳細的太陽內部知識實際上加深了其他一些科學謎團。近 25 年來，科學家們注意到，來自太陽的中微子（作為核聚變副產品產生的無電荷、幾乎沒有質量的粒子）的通量明顯低於預期。要麼是我們的粒子物理理論中缺少了某些東西，要麼是太陽內部發生聚變的地方的特性與研究人員假設的不同。日震學使得檢查太陽深處的物理條件成為可能；丹麥奧爾胡斯大學的約根·克里斯滕森-達爾斯高在《科學》雜誌的其他地方報告說，GONG 的結果“表明，透過修改太陽模型的計算，無法找到中微子問題的解決方案”。這對物理學家來說是一個令人興奮的發現，它證實了其他關於影響亞原子粒子的根本性新過程存在的跡象。

地震研究還可以洞察太陽的遙遠未來。在數十億年後，太陽將耗盡其核心中的氫燃料，引發一系列事件，最終導致它作為坍縮的白矮星而死亡。這種情況何時發生取決於太陽核心與其外層之間發生的混合量：混合越多，太陽的壽命就越長（因為更多的氫可以進入中心核火焰）。高夫和一大批合著者報告說，在 GONG 資料中發現了暗示，混合量可能比通常認為的要大。這對我們這些居住在地球上的人來說可能是個好訊息，但它可能會給宇宙學帶來麻煩。最古老恆星的年齡已經與宇宙本身的估計年齡非常接近。如果恆星的衰老速度實際上比預期的要慢，科學家們可能會面臨一個全面的悖論。

與早期儀器相比，GONG 和 SOHO 的一大優勢是它們可以連續覆蓋太陽：GONG 的眼睛分佈在世界各地，而 SOHO 則在遠離地球的太陽軌道上執行，永遠不會陷入黑夜。這種連續性使得可以收集關於探測太陽深處的非常微妙的聲波振盪的極其精確的資料。倫敦大學的 M. J. 湯普森及其同事利用這些資料探索了太陽內部的旋轉方式。天文學家長期以來一直認為，太陽緻密的核心比其外層旋轉得更快，部分原因是太陽（像大多數年輕恆星一樣）在早期是一個快速旋轉體。GONG 表明這種假設是錯誤的，提出了關於恆星如何失去角動量的新問題。（順便說一句，這是一件好事；快速旋轉的恆星會產生強大的耀斑和其他爆發，這些耀斑和其他爆發可能對像我們這樣的生命形式造成毀滅性的打擊。）

日震學仍然是一個年輕的領域，因此如此多的問題有待解答也就不足為奇了。GONG 將提供多年的不間斷太陽觀測，這可能會闡明導致太陽活動 11 年週期的難以理解的機制。美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的 David H. Hathaway 領導的 SOHO 團隊僅使用四個月的資料，就已經在太陽表面檢測到巨大的對流流動。

展望未來，SOHO 的卓越精度最終應該能夠讓科學家觀察到一種更精細的太陽振盪：浮力波，它可以穿透到太陽產生能量的核心。這種檢測可能還需要一年時間。但即使現在，天文學家也驚歎於他們能夠如此清晰地聽到太陽發出其最深層的秘密。