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日之行者(二)– 太陽篇

太陽餘生(圖/嚴中佑 編)

太陽系的範圍是受到太陽引力影響的球體結構,最遠處稱為「歐特雲」,太陽的本質是核融合作用下的氫跟氦,最終會轉變為以碳為核心的超高密度星體:「白矮星」。本文除介紹太陽系的範圍與太陽的結構,也帶入神話的相關知識,讓讀者從不同角度更加深入瞭解太陽的不同面向。

太陽系的疆界

太陽系是以太陽為中心的天體系統,在此系統中的所有物質,都受到太陽引力的掌控而圍繞著太陽旋轉,一般認為太陽系的範圍只到八大行星,事實上那只是新手村範圍,海王星之外還有著類似介於火星與木星間的小行星帶的構造,但其範圍更深、更廣,大部分由冰構成的冰天體帶,稱為「庫柏帶」(Kuiper Belt),其中就包含身為前第九行星,但現今被歸為矮行星的「冥王星」(Pluto) 以及妊神星 (Haumea)、鳥神星 (Makemake) 、鬩神星 (Eris) 等矮行星。科學家估計,在庫柏帶裡或許尚有 200 顆類似的天體等待我們發現,而庫柏帶之外,便是理論上存在但仍缺乏觀測證據的「歐特雲」(Oort Cloud),內歐特雲是離散的碟狀結構,越靠近外圍就越往上下兩側分散,延伸到外歐特雲最外圍時則接近球形,其邊際預估在距離太陽 1-2 光年處,這才是實質上的太陽系邊界。

太陽系的邊界(圖/嚴中佑編)
太陽系的邊界(圖/嚴中佑編)

太陽的外貌

我們肉眼看到的太陽是散發強烈黃光的球體,若透過可見光之外的其他電磁波段觀察太陽,會顯現出更多細節,例如在 X 光與紫外光波段中可看到許多封閉亮紋,這是強烈磁場作用下,由高溫電漿物質沿著磁力線分布的樣子,有趣的是,磁力線最密集處散發出最明亮的紫外光,但也抑制了熱對流,使得溫度較低,因此在可見光波段中,這些區域在黃色太陽上呈現出局部分布的暗黑色斑點,也就是所謂的「太陽黑子」 (Sun Spot)。

17.1奈米電磁波段(極端紫外光)下的太陽,可清楚看到磁力線。
17.1 奈米電磁波段(極端紫外光)下的太陽,可清楚看到磁力線。(圖/取材自 NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio)

清晨或傍晚時的太陽偏橘紅色,主要是因為地球表面是弧面,太陽光在仰角較低時會穿過較厚的大氣層,波長較短的藍、紫光,容易對空氣分子上的電子產生震盪,因而使電子發射出與入射光相同頻率的藍、紫色光波,並發散至四面八方,稱為「瑞利散射」(Rayleigh Scattering),這也是天空看起來是藍色的原因;而剩下那些波長較長的紅光則容易穿過空氣分子,不易發生散射,因此我們覺得太陽看起來偏橘紅色。

瑞利散射與太陽顏色(圖/嚴中佑 編)
瑞利散射與太陽顏色(圖/嚴中佑編)

太陽的內在

太陽的本質,其實是在足夠的重力下由氫元素融合成氦元素,並釋放出光與熱的星體,且因太陽個頭並不算大,能持續緩慢消耗燃料,科學家們推測目前太陽已經燃燒了約 46 億年,只燒掉了一半,若比喻成人類,大約就是中壯年時期。燒到後期,氦向核心累積,核融合向外擴張的火力不足以抗衡重力,核心開始塌縮,並隨著密度增加而升溫,導致氦核周圍的氫被點燃、進行核融合反應,燃燒的推力將外層氣體向外推開,表面積激增導致平均溫度降低,此階段太陽成為紅色的「紅巨星」;而核心溫度會持續增加,直到溫度到達 1 億度時,會點燃 3 個氦融合成碳的劇烈核融合反應,稱為「氦閃」,核心內釋放出劇烈的光芒,同時也打破氦核的簡併壓縮狀態成為電漿態,進行穩定的氦 – 碳 / 氧核融合反應;大約持續1億年後,這時氦用盡,重力大於燃燒擴張的力,碳向核心塌縮溫度升高,導致碳核心周圍的氦 / 氫殼層雙殼層燃燒,太陽體積再度膨脹,引力抓不住表面物質,隨著核心塌縮,表面物質不斷向外拋出成為「行星狀星雲」;最終核心外露,塌縮成與地球差不多大小、密度超高(1 噸 / 立方公分)的「白矮星」,並隨著時間慢慢散發熱量,直到燃料耗盡不再發出光芒。

太陽餘生(圖/嚴中佑 編)
太陽餘生(圖/嚴中佑編)

太陽神的轉變

說到太陽神,大家應該都會直接想到阿波羅 (Apollo),但最開始的太陽神,其實另有他神。最初,世間只有混沌,後來從中誕生出大地之母蓋亞 (Gaia) 與其他幾位原初之神,隨後蓋亞孕育出天空神烏拉諾斯 (Uranus),並與祂生了 12 名泰坦巨神,其中光明之神許伯利昂 (Hyperion) 與光之女神忒伊亞  (Theia) 生下了曙光女神厄俄斯 (Eos)、初代太陽神海利歐斯 (Helios) 與初代月之女神塞勒涅 (Selene),許伯利昂後來與眾兄弟姊妹一起對抗天空神烏拉諾斯之時,被母親蓋亞分配到東邊撐住天空,因此也代表東方擎天柱,為紀念此事,他的 3 位孩子(曙光、太陽與月亮)都是從東邊升起。

海利歐斯家譜(圖/嚴中佑 編)
海利歐斯家譜(圖/嚴中佑編)

在這之後,宙斯率領奧林波斯眾神對抗泰坦巨神克羅諾斯 (Cronus) 並贏得勝利,太陽神職便交由宙斯 (Zeus) 與女神勒托 (Leto) 的兒子,同時也是掌管光明、音樂、醫療與藝術的「阿波羅」 繼承,於是海利歐斯漸漸被世人所淡忘,但祂仍存在我們生活之中,例如元素氦 (He) 是觀察太陽光譜所發現的元素,因此氦元素的英文名 Helium 便是以海利歐斯來命名;此外,植物「向光性」的英文是 Heliotropism、「近日點」的英文是 Perihelion、哥白尼提出的「日心說」的英文是 Heliocentrism、曾經製造來觀測太陽的探測器雙胞胎太陽神號 A 與 B,英文是 Helios-A 與 Helios-B,這些都是以海利歐斯來命名的例子。

太陽神的故事

初代太陽神海利歐斯有個兒子叫法厄同 (Phaethon),祂聽到有人說自己不是海利歐斯親生的,因而跑去向父親求證,海利歐斯跟祂保證絕對是自己親生的,並願意達成法厄同的任何一個願望來證明。法厄同思考後,說想駕馭父親的太陽戰車一天,海利歐斯知道兒子並無駕馭太陽車的神力,希望法厄同能改許其他願望,但法厄同不願意放棄,執意駕車前進,最終釀成大禍,讓非洲形成大沙漠,衣索比亞人也被烤成焦黑的膚色,為了阻止造成更大的傷亡,最終由神王宙斯出手,用天雷將法厄同擊斃,才結束了這場浩劫。

第二代太陽神阿波羅也有段淒美的愛情故事。某日,阿波羅嘲笑弟弟厄洛斯(Eros,也就是羅馬神話裡的愛神邱比特 Cupid)的射箭技巧有待加強,厄洛斯不甘心,想用弓箭讓哥哥好看,便用金箭射向阿波羅,用銀箭射向月桂仙子達芙妮 (Daphne),受金箭影響,阿波羅瘋狂愛上眼前的達芙妮,但銀箭也讓達芙妮極度厭惡眼前這個窮追不捨的阿波羅,逃到受不了的達芙妮,跑去找河神父親佩紐斯 (Peneus),拜託父親將她變成一棵月桂樹,佩紐斯不忍女兒苦苦哀求,含淚完成女兒的要求。阿波羅晚了一步,但仍深愛著變成月桂的達芙妮,於是折下了一段月桂枝,編成月桂冠戴在頭上。

〈阿波羅與達芙妮〉,吉安•羅倫佐•貝尼尼
〈阿波羅與達芙妮〉,吉安 • 羅倫佐 • 貝尼尼 (Gian Lorenzo Bernini) 1622-1625 年的作品,現收藏於義大利羅馬的波格賽美術館 (Borghese Gallery)。(圖/取材自 Public Domain)

結語

原來天天照亮我們的太陽有如此豐富的故事,而隨著太陽所孕育而生的星球們也有著各自的精彩內容,敬請期待後續的介紹!

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