太阳王-理查德.卡林顿的意外悲剧与现代天文学如何开始的故事

作者：[英] 斯图尔特·克拉克 著，杜芝茂/姚嵩 译

页数：208

出版社：上海教育出版社

出版日期：2017

ISBN：9787544473828

电子书格式：pdf/epub/txt

内容简介

本书入选“十三五”国家重点图书出版规划项目，荣登2017年8月百道好书榜和2017年全国教师暑期阅读推荐书目（最批）/人文类。
叶叔华院士、方成院士、卞毓麟研究员、江晓原教授、朱进研究员、石云里教授、林清研究员、郑永春博士等专家倾情推荐。
作者通过跨越100多年的史诗般的叙述，把太阳王的科学研究如何开启天文学发展新篇章的非凡历程讲得激动人心、精彩纷呈。太阳王探索未知领域的热情，永远令人回味无穷。太阳是和人类关系较密切的天体，关于太阳认知历史中的种种故事，都不应该以科学的名义过滤掉。本书堪称一个典范。
本书获奖情况：
入选英国皇家学会科普图书奖最终入围名单
荣获美国出版商协会zui佳天文图书奖

作者简介

原作者：[英]斯图尔特•克拉克：天体物理学博士、天文学家、著名科普作家、英国皇家天文学会会员、欧洲空间局顾问，曾担任英国科学作家协会副主席、赫特福德大学公共天文教育中心主任等职。他致力于向公众展示复杂的天文世界，与斯蒂芬•霍金和马丁•里斯一起被英国媒体评为天文科普界三大“明星”。他著有近20部科普图书，包括《星际之旅》《外层空间：宇宙的开端》等，数部著作被译为多种文字，畅销世界各地。
译者：
杜芝茂：硕士，毕业于中国科学院新疆天文台，曾发表多篇天文类科普文章。现工作于上海科技馆，为上海天文馆（上海科技馆分馆）建设指挥部展示部成员、太阳塔项目和陨石征集工作负责人。
姚嵩：博士，毕业于中国科学院国家天文台。曾在北京求学时发起、主办过各类科普（科学文化）活动，现工作于上海科技馆，为上海天文馆（上海科技馆分馆）建设指挥部展示部成员、大众天文台项目负责人。

相关资料

作者通过跨越100多年的史诗般的叙述，把太阳王的科学研究如何开启天文学发展新篇章的非凡历程讲得激动人心、精彩纷呈。太阳王探索未知领域的热情，永远令人回味无穷。

　　——叶叔华 中国科学院院士、著名天文学家

　　

　　个别方家夸奖，或有偏好；一群外行点赞，难免从众。《太阳王》获得那么多行家和读者的一致推崇，足证其不同凡响——相信你读后将有同感。

　　——卞毓麟 天文学家、著名科普作家

　　

　　太阳是和人类关系较密切的天体，关于太阳认知历史中的种种故事，都不应该以科学的名义过滤掉。本书堪称一个典范。

　　——江晓原 上海交通大学讲席教授、科学史与科学文化研究院院长

　　

　　本书记录了关于太阳观测的跌宕历史和扣人心弦的科学故事，讲述了天文学家之间的恩怨纠葛和太阳王卡林顿人生的悲欢离合。是一本不可多得的天文学史佳作。

　　——朱 进 北京天文馆馆长、中国天文学会常务理事

　　

　　叙事活泼，生气勃勃……我一看就入迷了。

　　——达娃?索贝尔（美国著名作家、《经度》一书作者）

本书特色

这是一本有趣的故事书，以2003年的太阳爆发事件为切入点，带你跨越从18世纪50年代开始，至今超过150年的太阳观测历史。
从1859年卡林顿观测到史上zui强的太阳耀斑到威廉•赫歇尔既荒谬又伟大的奇特猜想；从夫琅和费发现解密太阳的方法到基尔霍夫和本生发明的光谱分析法；从蒙德研究太阳黑子到海耳首次发现太阳磁场。一系列生动有趣的科学故事告诉你一代又一代的科学家们是怎样应用他们的聪明才智来突破一个又一个的太阳之谜。

目录

节选

第一章

　　夏天的第一只燕子

　　[ 译注：标题为国外谚语，比喻一种预兆性新事物的首次出现。]

　　1859年

　　我跃上了国王的船；时而在船头，时而在船腰，

　　一会儿又来到甲板，在每一间船舱中，我煽起了恐慌。

　　有时我分身在各处燃烧起来，在中桅，在帆桁，

　　在斜桅——同时燃烧起来，最后合拢在一起。

　　——《暴风雨》，威廉・莎士比亚

　　南十字星号这艘三桅帆船在设计上中规中矩，但在1851年，它从位于波士顿布里格斯公司的造船厂滑入到大西洋冰冷的海水中时，却给人以灵巧典雅的感觉。为了追求速度，新帆船通常会采用从锚位延展出去的流线型设计。然而，南十字星号却采用了古典的船型：船身较短为52米，看起来比标准造型更加圆润。船头有一只展翅高飞的镀金老鹰指引道路。

　　这艘船的名字来源于南天深空中的一个美丽星座，南十字星号往返于波士顿和处于淘金热潮的加利福尼亚州之间，在波士顿人们是看不到这个美丽的星座的，但是船上的人都期待着当船驶过南美洲的顶端时，他们能多次看到空中的成群星星。

　　《波士顿日报》的一位记者对这艘船的品质深信不疑。举行下水典礼后，他在5月5日的报纸上写了一篇报道，文章说“这艘船在速度方面的优势是毋庸置疑的，甚至在波涛汹涌的海洋里也能经得住考验”。八年后，1859年9月2日，南十字星号必须接受一次严峻的考验。当南十字星号离开波士顿朝着旧金山前进的第48天，船长本杰明・珀金斯豪和全体船员一起驶入了人间炼狱。

　　凌晨一点半，船只已经驶出智利进入到太平洋，整整一晚上受到了狂风的肆虐。天空下着冰雹，海浪从四面八方击打着甲板。当浪花四溅的海水转到背风处后，船员才注意到船正驶入一片血红色的海洋。不管往哪里看，颠簸起伏的海景都已变成深红色。当船员望向天空后找出了其中的原因。原因很明显，虽然天空有云层覆盖，但是整个天空笼罩在血色的光线中。

　　船员立刻就认出了这些光。它们是南极光，一种在靠近南极圈的地方，天空中经常会出现的奇光，在靠近北极的区域也会出现类似的现象。但是在靠近温带的太平洋海域也能看到南极光却是极不寻常的，而且从极光的强度来看更是特别。虽然景色难得一见，但是船员还要在摇晃的海面上控制船体的稳定，实在是没有机会好好欣赏。

　　狂风巨浪的咆哮声愈来愈强，船上的人注意到另外一些怪异的光线，比极光更加靠近船体。这些光线几乎就要碰到船身了，桅顶和桁端都笼罩上了淡淡的光环。这些幻影跟极光一样无法解释。水手们称之为圣艾摩之火。通常是蓝白色的光，在极端暴风雨天气中的船只经常会碰到这种光，不过今晚圣艾摩之火苍白的光线也沾染了天空中极光的粉红色彩。

　　圣艾摩之火这个名字来源于水手们的守护神伊拉斯谟，他在殉道时被一个烧红的铁钩刺破身体。虽然水手们看到的放电颜色通常不一样，但在暴风雨中看到圣艾摩之火意味着他们的船只得到了伊拉斯谟的保护。很多观众已经从莎士比亚的《暴风雨》了解到了这种现象，剧中的缥缈精灵爱丽儿负责点火，并在场景中描绘着自己危险的举止。

　　黑夜离去，黎明降临。水手们非常渴望得到超自然力量的安抚。暴风雨消停的短暂时候，他们看到了更令人诧异的现象。在海平线上隐约出现了火焰一般的光芒，仿佛一场可怕的大火吞噬了地球。有时候，炫耀的闪电旋转着向天空上串，然后在沉静的光芒中爆发，仿佛人类独有的灵魂想要逃离笼罩地球的灾难。

　　暴风雨终于在黎明时分减弱了，随之而来的阳光驱走了极光。10月22日，当他们抵达目的地旧金山时，船长珀金斯豪和船员们发誓他们之前从没看过像9月2日这么壮丽的极光。他们发现自己并不是唯一的目击者。世界各地的人都为这次惊人的极光所痴迷，而被困在暴风中的南十字星号，他们看到无声的极光布满天际，引发的敬畏和恐惧旗鼓相当。在这次之前没人能看到如此规模的极光，历史上皆无记载。地球上发生了很奇特的现象，但要怎么解释呢？

　　答案就在地球的另一端，在维多利亚女皇统治的英国境内，有一位富有的绅士热爱天文学远胜一切，他绞尽脑汁想要解开自己的科学难题。而他在合适的时候、合适的地方看到了史无前例的现象。此时，他正努力找出其中的缘由。

　　理查德・克里斯托福・卡林顿33岁时就已经是有所成就的年轻天文学家了。他曾在剑桥大学三一学院接受一流的教育，编制了一本大家赞不绝口的星表，解决了很多人的需求，他还义务担任英国皇家天文学会代表，不辞辛劳地工作。对于独特的科学发现，他唯一缺少的就是运气。甚至在现代，意外的发现仍能让一名优秀的科学家成为大师。1859年9月1日星期四早上，就在南十字星号的船员看到极光的前一天，这一意外幸运终于降临到卡林顿头上。

　　当时卡林顿在设备齐全的自家天文台工作，该天文台建在英国萨里郡的雷德希尔镇。这天早上万里无云，他匆匆走进天文台圆顶，启动快门，准备用漂亮的黄铜望远镜观测天空，该望远镜有两米多长。自从1853年他决定开始长期观测太阳以及太阳表面短暂出现的黑子以来，他每天都进行同样的工作。

　　在固定好画板后，卡林顿调整望远镜使得太阳影像能投射到稻草色的画板上。然后，他通过一个特制的孔将一块较大的白板套在望远镜的外面，它将遮挡阳光并在画板上投下阴影，于是他就能清楚地看到投射出来宽达二十八厘米的太阳影像。两根打薄的金丝穿在望远镜的目镜内，在板上投出十字丝线的像。用此十字丝像做位置参考，卡林顿手工描绘太阳的整个表面，他的绘图技巧令人羡慕，精密地描绘着太阳表面的细节，给后人留下一份永久的参考资料。

　　几年前卡林顿的父亲意外去世，他不得不继承家族的酿酒事业，但是他非常讨厌这份工作，在天文台内工作对他来说是一种放松。他曾经自费支持天文学的工作，而现在天文学对他来说更多的是一种心理安抚，用来消解经商带来的愈来愈深的挫败感。

　　就太阳天文学而言，这一天非常值得纪念，因为太阳表面上出现了一团巨大的黑子群。大家都不知道这些斑点是什么。有些人认为是太阳上的火云裂开了，露出了真正的太阳表面。有些人则相信太阳大气层变动，露出高山的顶峰。卡林顿那天观测到的太阳黑子大得超乎人的想象。黑子两端之间的距离几乎是地球直径的十倍。然而在太阳这个大火球上的长度还不及太阳直径的十分之一。

　　11点8分，卡林顿的描绘已经完成，便听着精密计时仪发出的滴答声，记录每一个太阳黑子滑到十字丝下边的确切时间。之后他利用记录的时间来进行精确的数学计算，从而得到太阳黑子的确切位置。

　　在毫无预警的情况下，两个珠状的白灼光芒出现在一大群太阳黑子中间，光芒亮如闪电，但外型不是闪电般的锯齿状，而且也不像闪电一样瞬间即逝，而是一直闪耀。卡林顿一时措手不及，他以为是有一道太阳光透过了固定在望远镜上的遮荫板。他伸手摇了摇望远镜，希望能让不需要的太阳光快速离开影像。但这道光芒却依然留在太阳黑子群中间。不管这是什么，这并不是来自其他地方的反射光，而是从太阳本身。卡林顿看得目瞪口呆，那两团光芒愈来愈强烈，最后变成了肾脏的形状。

　　卡林顿的笔记中记载到，当时他变得既吃惊又紧张，在毫无准备的状况下目击这一现象。然而，身为训练有素的科学家，他立刻急忙记下时间。然后，他意识到从未有人公开描述太阳会有这种罕见的现象，急忙寻找其他人来见证。

　　不到一分钟他就回来了，当看到太阳黑子中爆发出的奇异光芒锐减时，他兴奋的情绪一下子低落下来。不过，他看到两团光芒在黑子上移动，并逐渐缩成了小点，最后突然消失了。

　　卡林顿再次记下消失的时间：格林威治标准时间11点23分，然后他记录下光芒出现和消失的位置。看到的景象太震惊了，他在望远镜前愣坐了一个多小时，几乎连动都不敢动，以防神秘的耀斑再次出现。

　　他的坚守徒劳无功，太阳立刻恢复正常。事实上，他从刚才发生的怪异现象中没有看出任何线索。黑子周围的太阳表面和黑子本身的各部分跟幻象出现前一模一样。

　　之后，卡林顿开始进行数学计算。光芒持续了将近五分钟，但在这短短的时间里，就已经穿过56000公里（几乎是地球直径的4.5倍）。做到这一点，干扰光必需以每小时676000公里的速度移动。如此惊人的速度已经超出卡林顿的认知范围，因为维多利亚时代的人习惯的是蒸汽火车每小时80公里的速度。但惊人的数字不只这些。从他画的图上耀斑的范围来判断，原本的火球大概有地球这么大。

　　卡林顿当然明白要让同行真的相信有这么重大的观测发现，他一定要有独立证据。但留下来的记录并未清楚的说明卡林顿是否成功找到了家里其他的目击证人（他只简单说他去找证人，一分钟之内就回来了）。很显然即使他真的找了一个不容怀疑的人来为他担保，他也需要完全独立的科学证据来证明他所看得见的现象。于是他马上想到了应该去邱园天文台（现在的皇家天文台）一趟，皇家天文学会的同事沃伦・德拉鲁也是他的朋友正在进行实验性的计划，在晴天拍摄太阳照片。卡林顿必须立刻前往邱园天文台。

　　那天晚上，离卡林顿的观测时间点已经过了十八个小时，在欧洲，黑夜离开、黎明渐渐到来，地球的大气中爆发了极光。极光有很多种方式表现出来，现在每一种极光都用一个具体的术语来描述。

　　按照极光的亮度和覆盖天空的面积来分类，极光刚出现时通常只是浮在地平线上的微弱光辉。也有可能出现明亮的斑状（有时候科学家称之为平面状极光）；这种类型的看起来就像天空中发亮的云朵。接下来则是弧形极光，像发光的篮子提手在天空中延伸。射线状的则是极光活动增强的迹象；而射线极光通常由弧状极光衍生而成，就像尖条状的栅栏一样向上射出。毫无疑问，当整片天空笼罩在来自天堂的火焰中，就是极光强度最盛的时候。然后，来自四面八方的光线集中在一点形成冠状结构。这就是异常活动的特征，通常在极圈外是看不到这种稀有景象。

　　极光有着不同的颜色。偏红的粉红色和黄绿色是跟氧原子的反应有关。通常粉红色泽来自高度较高区域的相互作用，高度较低的地区则容易出现绿色。紫色泽和蓝紫色泽有时候被描绘为蓝色，则来自大气中的氮原子的反应[在下面描述极光的文字中，我忠实引用各地目击者所说的颜色。一般来说，可以简单分成红色、绿色和蓝色三种。]

　　1859年9月2日，极光厚厚笼罩着地球时，在南十字星号帆船上的人最早看到极光，但他们不是唯一的目击者。来自智利本地人的说法证实了水手口中的神奇之谈。在康塞普（南纬36度46分），比南十字星号帆船上的人们更接近赤道约1600公里，极光在凌晨时候突然爆发。有人说看起来就像一团火云，也有的人说像很大一团鬼火，从东向西飘着。鬼火被称为傻瓜之火，是类似圣艾尔摩之火的大气现象。也经常被称为磷火，鬼火标志着着空气中是带电的。事实上，这种光就是荧光灯管的一种自然形式。在智利首都圣地亚哥（南纬33度28分），这种大量的色彩鲜艳的蓝色、红色和黄色极光在城市上空照耀了约三个小时。

　　当南极光往北爬到位于南纬23.5度的南回归线时，北极光则向南蔓延。在美国马萨诸塞州的纽柏里波特（北纬42度48分）头顶红绿交替的光带形成了一个笼罩的圆顶。散发出的光芒“强到能像是在白天一样容易地阅读印刷品”。很多地方的人说极光的亮度强到可以读书看报。在加拿大的卢嫩堡附近，麻省理工学院的创始人威廉・巴顿・罗杰斯教授提供了教科书般的描述，其生动程度就如同北极光一样。

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　　第二章 赫歇尔的伟大荒谬 1759年-1822年

　　十八世纪末，在卡林顿看到耀斑之前五十多年，人们对太阳本质和用途的看法分成了截然不同的两派。一派是“想象力丰富的诗人”，极力要把太阳描绘成“有福之人的住所”，另一派则是“愤怒的道德家”，他们指出太阳是“惩罚邪恶之人的合适场所”。1759年12月18日，57岁的赫歇尔抨击这两种观点，他说这两种观点的基础都是主观的意见和模糊的猜测，他宣称从他的观测结果提出了第三种完全根据“天文准则”的看法，太阳不是灵魂的归宿，也不是恶魔的巢穴，太阳上住着很多生物，就跟地球一样充满生机。

　　很多人对赫歇尔的天文学理论深感怀疑，认为他不是疯子就是天才。他自己也曾自嘲，就算不为别的事，仅仅是他平常用来观星的放大倍率就足以让天文学家把他抓到精神病院去。他的最新看法也无助于减少批评者对他的怀疑。

　　赫歇尔在同行心目中并没有什么威信，原因之一在于他自制的望远镜比专业天文学家的设备指标优越许多。天文学家早已习惯从自家不够精良的望远镜里看到各种各样的形状，而赫歇尔则宣传高倍放大后他看到的星球是圆形的，这让天文学家们非常不满。有一天，赫歇尔受邀参加晚宴，他的座位被排在物理学家卡文迪许旁边，卡文迪许的个性沉默寡言，只会安静地思索充满争议性的问题，需要和女仆沟通时，他会把话写在纸条上，因为他害羞到不敢跟她们交谈。

　　一如既往，晚宴开始时卡文迪许一句话也没说。过了一会儿，他转向赫歇尔：“赫歇尔博士，听说您看到的星体是圆形的。”“跟纽扣一样圆” 赫歇尔回答说。

　　卡文迪许又恢复沉默，晚宴继续进行。等到用餐即将结束时，他又问赫歇尔“跟纽扣一样圆？”

　　“完全跟纽扣一样圆”赫歇尔说。两人之间的对话就此结束。

　　与赫歇尔的望远镜相比，格林威治皇家天文台的望远镜逊色不少，赫歇尔自认能把星体放大几千倍，皇室天文学家内维尔・马斯基林博士不相信他的说法。因为他自己的望远镜只有几百倍的放大倍率而已。

　　赫歇尔的一个朋友和马斯基林博士吃过饭后，写信给赫歇尔：“你已经将设备打造得至善至美，起码你愿意大胆做这些尝试，于是超越了现代天文学家的界限，他们吓呆了，宁愿不相信也不承认你的设备超乎寻常。

　　赫歇尔的回信哀怨到：“为了保护天文学界某些知名的善良绅士，我的观测必须暂缓……（出于对天文学热爱的缘故）请允许我恳请你伸出援手，我所指明的这些事实不该仅仅因其不同寻常而备受质疑。

　　赫歇尔一生中大都能成功地击退他人的批评，因为他个人某些方面的成就傲视群雄，他是历史上唯一一个发现新行星的人。1781年，太阳系的第七颗行星，也就是天王星，出现在赫歇尔自制的望远镜里，那时他正在英国的水疗之城巴斯的家中后院观星，他的妹妹卡罗琳是他最忠实的记录员。发现天王星后，43岁的赫歇尔出名了，并得到乔治三世的赞助。这也使得当时的专业天文学家不得不接纳他的异端科学。

　　赫歇尔并不关心如何测量星体的位置以描绘更可靠的航海图，他的研究重心在于发现。他热爱发现不同天体“品种”（这是他自己的说法）的形状和数量。他在巴斯哲学学会接触到很多博物学者，在他们的影响下发展出自己的研究方法。博物学家研究的主题就是周围的动植物，建立各种各样的分类，赫歇尔也打算利用这种方法研究宇宙。

　　他的方法打破了传统的观测目标，而他业余天文学家的身份更令情况雪上加霜，讨厌他的人越来越多。谣言四处流散，说赫歇尔发现天王星只不过是运气好。支持他的人多半来自博物学界，而不是天文学界，支持者驳斥不满赫歇尔的人，说他们是“小心眼的小狗”。赫歇尔本人发愤捍卫他的发现，坚称是他探索天象的过程自然带来了前所未有的发现。有一次他写到“自己慢慢浏览造物者留下的大作，而现在翻到的这一页包含第七颗行星。”

　　赫歇尔从事天文研究的目标非常伟大，不断地观察以领悟天体之间的相互作用。他的观点正好符合当时最盛行的浪漫文学运动。那时候的人相信要了解某个东西，就必需亲眼看见和亲身体验。就像自然哲学家追求客观性时常做的努力一样，他们也认为人类要得到同等的待遇。赫歇尔融合了两种特征，他通常从客观的观察开始，再编撰成内容丰富的图书，以期待能引起其他人的共鸣。1975年12月18日，赫歇尔做了一件从来没有人做过的事情。他开始一系列的演讲，希望能够激发学者讨论太阳的本质以及太阳和地球之间的关系。当时还没有专属的某种科学学会。皇家天文学会要25年后才创立，所以赫歇尔只好在皇家学会发表演说，这个学术组包含了所有研究自然哲学的学者，他们都各有自己的专业，赫歇尔发现天王星后，也被招揽成为会员。

　　1662年，一群饱学之士取得活动章程正式成立皇家学会。130年后，皇家学会在新落成的萨默塞特大楼成立，这栋宏伟的建筑物前是伦敦的河滨大道，后边紧靠泰晤士河。大楼内的墙上挂着已故成员的油画，天花板上挂着水晶灯，地板非常华丽，现任学会会员坐在有靠背的木头长椅上，听赫歇尔对一百八十多年的太阳观测历史进行独特的分析。

　　约在1610年，当伽利略注意到意大利博杜瓦城太阳下山的境况后，从此开始使用望远镜观测太阳。低低挂在空中的夕阳被一层薄薄的云雾遮住，热力大大降低。伽利略拿出望远镜，开始研究这个发光的天体。他注意到太阳表面会有暗的斑点，使用这些斑点来测量太阳转动的速率，根据伽利略的推测，大概要25天[伽利略是否因观测太阳而导致失明，并没有确切的证据。七十二岁时，伽利略因为白内障和青光眼造成视力衰退。不过他早在二十五年前就开始观测太阳。虽然一开始他会在日出或日落时直接看太阳，但不久他就换了方法，把太阳的影像投射在平板上。]。

　　其他使用望远镜观测的人也注意到了太阳黑子：荷兰的约翰・戈德斯米德、德国的克里斯托夫・史基纳和英国的托马斯・哈里奥特，这些斑点的瞬息变化引起他们的反复思量。史基纳认为这些斑点是之前还没有发现的行星留下的轮廓。伽利略不同意这个说法，他用连续的观测结果告诉大家，太阳黑子穿过太阳表面时会显示出特别的加速和减速运行。伽利略观察到当黑子从太阳的边缘出现时，它们会慢慢加速直到移动到太阳的中心，然后速度逐渐慢下来，最后缓慢地移到另一边，转到我们看不见的地方。伽利略的推论是正确的，固定在旋转球体表面上的物体就有这种行为，而太阳前方的行星是以恒定的速度在前行。为了使这个论点更加可信，伽利略还提出了其他的观测证据，比如太阳黑子的大小会发生变化。他甚至亲眼看到有些黑子逐渐变小消失。在地球和太阳中间的行星怎么可能像这样消失呢？

　　在赫歇尔发表他的演说前，学术界没有人相信太阳黑子除了出现在太阳表面上，还有什么别的作用。关于太阳黑子，科学家提出来几个想法。伽利略认为黑子是在太阳大气层中漂浮的乌云。其他更早的天文学家则相信太阳是巨大的自然熔炉，所以黑子一定是漂浮在灼热液体表面上的熔渣。1618年，三颗明亮的彗星证实了这一看法。那一年很反常，太阳表面没有出现巨大的黑子，有些人认为这是因为形成黑子的熔渣和燃烧的液体被喷到太空中成为彗星了。

　　在18世纪早期这些想法就改变了，很大程度上是因为艾萨克・牛顿在1704年出版的《光学》这本书里提到：“太阳和恒星巨大的表面不是非常炽热”，这让思考者们认为，在太阳炽热的外壳之下可能是一颗类似行星的星体，可能就和地球类似。根据这一思路，黑子很有可能是火山喷发的结果。在想象中，黑子就是火山喷出来的烟，预示着即将发生猛烈的喷发。其他人的看法略有不同，他们认为没有火山，太阳表面的火海偶尔也有潮汐起落，退潮时露出来的山头就是黑子。

　　对这些不同的想法简要总结后，赫歇尔开始详细地叙述自己观测太阳的结果，之前他是利用小望远镜进行观测，让镜头收集到的阳光降到眼睛可以忍耐的程度。当时的天文学家会用烟熏过的玻璃挡在眼睛前面进行观测，进一步降低阳光的强度。但问题是小望远镜看不到像大望远镜一样清楚的细节。但是如果用大望远镜配载烟熏过的玻璃，聚集的阳光会让烟熏的玻璃表面起泡，玻璃表面的遮挡层会被吹走，刺眼的光线就会直接射穿玻璃伤害眼睛。更糟糕的是，玻璃受热碎裂时，天文学家的眼睛通常距离玻璃只有几寸。

　　赫歇尔突破性的做法是打磨一块望远镜的镜面，但不磨亮。当时的镜子并不是镀银或铝的玻璃制成，而是用铜和锡的合金制成，再加上一点砷以使金属更亮。赫歇尔的创新发明使得镜面的表面反射性不强，自然减光的效果更好，让他可以使用更大的镜面，看到比别人更多的细节。太阳表面不再是一团发光的模糊物体，而是变得广阔而且斑驳，好像橘子皮一样。他也看到巨大的太阳黑子凹陷在太阳表面里，沉在火光的下方，所以他认为黑子应该是“开口”，透过黑子就能瞥见真正的太阳表面。

　　尽管如此，这一开创性的想法并非是赫歇尔第一个提出，他的朋友帕特里克・威尔森的父亲亚历山大・威尔森是格拉斯哥大学天文系的教授，已故的威尔森博士早在26年前，也就是在1769年时就提出了同样的结论。赫歇尔只是证实了威尔森的想法。但赫歇尔并未提及威尔森首先提出这一想法。这一疏忽引发了别人的挑战。

　　赫歇尔浑然不觉自己已然引起争论，他提出太阳发光的表面不是海洋，而是由两种不同的烟雾组成的大气层：一种是透明的，另一种则很明亮。在他看来，太阳黑子是由下面的固态世界产生的，也就是通过制造漩涡在明亮大气上打开了暂时的缺口。

　　赫歇尔无法解释那些明亮的物质是什么，但他认为以前有过类似的例子。地球大气层偶尔会出现极光。观察金星的人有时候会看见金星暗面出现灰光。[ 1643年人类发现金星后，上面的灰白色光芒不断引起争议。1990年，NASA的伽利略号太空船飞过金星，才有了新的解释。金星的表面热到（400℃）岩石都会发亮。有时候包围整个金星的云层会散开，让光线射入太空中，地球上目光锐利的观察者就可以看得到。另一个说法则是“大气光”，也就是大气作用，类似地球上的极光，也有人认为灰白色光芒只是虚幻，只有想象力太强和光学设备太差的人才看得到。]当时的人还不知道物质原子结构的知识，无法解释这些光芒，大多数的自然哲学家认为发光物质一定包含某些尚未发现的化学成分，在适当的情况下就会发光。在地球和金星上，大气层发光只是暂时的现象，赫歇尔认为在太阳上，太阳大气层持续发光则是最自然的状态。

　　赫歇尔提出他的最终结论，太阳上有很多生物。他认为他一定可以证明太阳是行星的一种，这是必然的结果。正如地球上的探险家在人烟罕至的新世界都能找到人类社会，天文学家也相信所有的星球上都有生物。如果太阳也是行星，上面就能找到生命。然后他向听众提出了一个已有预设答案的问题。既然地球离太阳一亿五千万公里，都能在地表上感受到太阳的热力，那么太阳表面是否灼热到我们已经无法想象的地步呢？

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