雖然太陽是離我們最近的恆星,但它仍然有許多我們不知道的秘密。其中一個關於太陽的秘密已經被解決,其最本源的理論根據就是阿爾伯特·愛因斯坦1905年提出的相對論理論。
二十年前,研究太陽的天文學家們發現,太陽的最上層比其內部其他部分旋轉得慢。這一點很奇怪,眾所周知,太陽在赤道處自轉速度比其兩極要快,這被稱為「差速旋轉」。這種現象導致了11年的太陽周期。
太陽的上層速度緩慢是很難理解的,就好像有什麼力量想要把它固定在那裡一樣,而下層卻在裡面翻滾。最近,來自夏威夷大學天文研究所、巴西和史丹福大學的研究人員無意中發現了答案。這個答案可以用基礎物理來解釋:太陽產生的光似乎對太陽表層有制動作用(剎車效應)。
來自夏威夷天文研究所毛伊島的傑夫·庫恩在一份聲明中表示,「太陽不會很快停止自轉,但太陽輻射給地球能量就在給太陽『剎車』。根據愛因斯坦的狹義相對論,這使它慢下來,首先從表面慢下來。」
狹義相對論預言,攜帶電磁力的光子也攜帶少量動量。如果有足夠的光子遠離一個天體,它們就會帶走大量的動量。在太陽已有的50億年壽命里,它表面失去了大量的光子及其動量,這導致了太陽5%的最外面部分的減速。這種機制也被稱為波因廷-羅伯森效應。人們已觀察到,行星際塵埃由於受到太陽輻射力作用,使它由小行星帶進入了內太陽系。
影響塵埃的力量也影響到了太陽上層的超高溫氣體。到現在為止,太陽發出的光子所造成的阻力造成的這個神秘效應已經可以測量。
研究人員們利用美國宇航局太陽動力學天文台(SDO)近幾年的數據,已經能夠精確測量太陽這一表層的尺寸,因為穿越太陽的波會通過這一比較慢的層。這個技術也就是傳說中的「日震學」,跟測量地震波強度非常相似。地震波通過一些材料是會發生改變,因此地震學家們就能夠「看到」地下的結構。
雖然太陽不是固態星球,但它內部緻密的等離子體也能允許波的傳播,並可以在表面上產生可測量的振蕩。因此,日震學讓天文學家們「看」進太陽,揭示其內部的一些細節。利用日震學研究太陽磁場,就可以測量愛因斯坦狹義相對論預言的對太陽表面的阻力。
這些發現已經《物理評論快報》雜誌接受投稿。庫恩說:「減緩它的扭矩很溫柔,但在太陽50億年的壽命里,它積累下來的效應直到它外部35000公里的地方都很明顯」。
庫恩的研究小組利用太陽作為其他恆星的實驗室,他們認為在所有恆星上都有可能發生類似的效應,並且有可能對恆星演化產生強大的影響。太陽的減速效應會影響太陽磁場,因而進一步影響到整個太陽系,現在,太陽天文學家們對此很感興趣。因為,太陽的磁場是引發太陽耀斑和日冕的這些空間天氣的根源,這又可能幹擾衛星和電網。因此,這項研究對我們理解太陽對地球的影響有關鍵作用。