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第12章 现时事件

当我小的时候(当然,即使到了现在我也承认),对磁铁非常着迷。我有各种各样的磁铁,对它们爱不释手。我也读了很多磁力学方面的书,其中一本讲到磁性会被高温破坏。于是,我就小心翼翼地拿着一个条形磁铁在蜡烛的火焰上加热了几分钟。非常肯定的是,加热后的磁铁对铁钉和铁针失去了吸引力。

那时的我对天文也很感兴趣。在读一本关于太阳磁场的书时,总有一个问题困扰着我:既然太阳的温度那么高,怎么还会有磁场呢?

后来我明白了,磁场产生的途径有很多种。比如,电荷的运动就会产生磁场。当你打开电灯时,电子(带负电的亚原子微粒)通过电线由墙体流向电灯。这种运动会在电线周围产生一个局部的(暂时的)磁场。当你关掉电灯时,电子的运动停止,磁场随即消失。

这会产生一个非常有趣——也很有用——的效应。如果导电体(如电线)穿过一个磁场,电流就会沿着电线流动。反过来,这个电流自身也会产生磁场。如果电流的方向合适的话,它的磁场会对已有的磁场产生加强的作用,一个自我维持(self-sustaining)的系统就会形成。

不过,这种情况需要外界的一个能量源的驱动。比如,你可以通过一个曲柄使得铜线圈在磁场(由固定的磁体产生)内转动,你的手臂提供了所需的外界能量源。或者,如果你够聪明,可以借助水流的力量使巨大的铜制涡轮机转动——这就是水力发电站的工作原理。将机械能转化为电(磁)能的装置称为发电机。

太阳就是这样一个“发电机”。它的内部温度极高,电子得以从原子中脱离出来,或多或少地得到了自由流动的权利。失去一个或多个电子的原子称作被电离。当这些电子在被电离的气体中运动时,磁场就会产生。

如果太阳只是静静地待在宇宙中,不移动也不旋转,那么它里面的电子会杂乱无章地运动,由此产生的磁场的方向将是随机的,并相互抵消。可是实际上,太阳内部的电子并不是随机移动的。一方面,太阳每个月绕着它的轴转动一圈,在它的内部产生气流。电子们会优先选择这个气流的方向运动,它们独立的磁场会相互叠加(就像小溪汇聚成河),产生一个更强大的磁场。

如果只是这么简单,科学家们对太阳这个“发电机”的工作原理就很清楚了。但实际上,太阳内部的气流系统要复杂得多。太阳内核的热量会使上层的气体上升,形成一个超过1万英里的高耸的气体传送带,大量气体顺着这个传送带运动,这有点像是地球上的高空急流。与此同时,另一部分气流也在进行横向流动。当把所有这些气体流放在一起看,太阳更像是一个不停地活动的蠕虫球。它就像是不断变化的三维东京街道图。弄清太阳磁场的真实面目,成为一项基本上不可能完成的任务。不过,从积极的角度来说,这也使得很多物理学家投身于此,刻苦钻研。

在所有这些元素的共同作用下,太阳这个“发电机”得以运转。在它的内部,带电粒子的移动形成电流。这些电流在磁场内移动时自身也产生磁场,整个体系自我增强。在这里,起“曲柄”作用的是太阳自己,它自身的转动提供了发电机所需的机械能输入。要知道,太阳是个大个头,它的自转产生的能量是巨大的。太阳系磁场的产生是以消耗太阳的转动为代价的;不过这种消耗要想形成对太阳转动速度的影响则需要数十亿年。

太阳的磁场复杂且有趣,当然,在这里,“有趣”的真实含义其实是危险。

你不会忘了这本书的题目了吧?

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