你知道我们几乎天天可见的太阳已经经历了上百亿年的沧桑巨变了吗？《上下百亿年：太阳的故事》这本书为我们解析了个中曲折，它的作者是优秀科普作家卢昌海，他获得了哥伦比亚大学物理学博士学位。这本书几乎涵盖了所有关于太阳的基础科普知识，以及科学家对太阳持之以恒的研究和探索。
1.从地心说到日心说的发展历程。
不管是多么完美的理论模型，都必须要向观测事实妥协。人类很早就发现天上的星星不是静止不动的。在古代，人们认为所有星星都在一个以地球为中心的天球上，围绕着地球进行运动。但只要观察的时间拉长，人们就会发现事情没那么简单，尤其是行星逆行的现象，天球模型无法解释。
托勒密是地心说的集大成者。托勒密放弃了“均轮的中心是地球”和“均轮匀速转动”这两个观念，引进了“偏心等距点”的概念。这个理论模型对行星逆行幅度时大时小的现象，做出了一定程度的解释。他的地心说模型精度极高，甚至1400年以后的日心说模型，也没办法轻易超越。
地心说的产生，很大程度上是因为人们的直觉，人们在地球上看到的天体都很小，小东西围绕大东西转，这几乎是天经地义的，但人们突然发现，太阳其实比地球大很多，这就很不符合直觉了，比地球大300倍的太阳有什么理由围绕地球转呢？作者认为，当时“天贵地贱”是主流观念，人们普遍认为天上的星星是永恒完美的，地上的一切是腐朽卑微的，所以，天上地下不论在外观上还是质料上都截然不同，如果日心说成立，那卑微的地球岂不也要变成永恒完美的行星？
最早提出日心说的阿里斯塔克斯没能引起人们的注意，但随着时间推移，地心说也暴露出了很多问题。哥白尼虽然不是最早提出日心说的人，但他却是第一个把日心说从观念假说变成定量模型的人。在哥白尼的日心说里，太阳变成了中心，地球变成了行星，一边自转，一边和其他行星一样围绕着太阳公转。这个学说发表之后，启发了意大利科学家伽利略。
伽利略给日心说找到了强有力的证据。他的行为让教会很生气，但教会的干预最终也不能阻止科学的进步。日心说从一种计算工具，逐渐被证实。面对这种无法逆转的局面，教会的态度也有了变化，开始承认日心说。日心说和地心说的争论刚结束不久，“太阳是宇宙的中心”这种认识，也很快遭到了质疑。比如意大利哲学家布鲁诺就认为，太阳只不过是宇宙里的无数星星之一，没什么特别的。思想禁忌一旦被打破，新的想法就会源源不断。日心说的胜利，是一次思想的解放，它给未来的科学发展奠定了基础。
2.科学家对日食的认知过程。
虽然咱们现在知道太阳不过是宇宙里无数恒星里的一个，但对于人类来说却是独一无二的，它是光和热的源泉，在任何一个晴朗的白天，如果它出现一点点的残缺，或者消失几分钟，那都是非同小可的事情。现在人们如果看到日食，多半是惊喜大过恐惧。但在古代的人们却想了很多解释日食的办法，比如“天狗吃太阳”，为了阻止天狗的暴行，当时的人们就敲锣打鼓、鸣金放炮，希望能驱赶天狗，让太阳重现。
其实日食只不过是月球转到了地球和太阳的中间，挡住了阳光而已，但问题肯定没有这么简单。因为出现日食要有两个条件，第一是月球出现在地球和太阳中间，第二是它们的公转轨道刚好在一个平面上。由于月球公转轨道和地球公转轨道平面的交点只有两个，所以，只有月球运动在地球和太阳之间，并且在这两个交点之一附近，才会出现日食。在天文学上，这两个点被称为升交点和降交点，这两点的连线叫做交点线。如果用天文学的术语，你可以这样形容日食的形成：月球运动到地球和太阳之间，并且交点线与太阳方向几乎重合。
如果是这样的话，日食似乎应该是每年只发生两次，一个世纪应该是200次，但前面我们也说了，20世纪一共发生了228次日食，多出来的那28次是哪儿来的呢？这主要是因为地球是一个庞然大物，月球即使偏离交点，只要不是偏得太厉害，它的影子还是能投射在地球上的，还是能形成日食。这个被允许偏离的范围，对应的时间大概是37天，天文学上叫食季。在一个食季中，至少会发生一次日食，运气好的话，可能会出现两次，所以，每个世纪的日食数，要比食季本身的数量略多，多出来的18天就是从这儿来的。
经过这么复杂的推演，人们终于掌握了日食的规律。从对日食规律的探索上，我们可以看到实证精神的进一步展示，科学家们相信，我这里数字对不上，你那里必定有别的东西。
3.光谱。
牛顿通过三棱镜实验，发现了阳光是由不同颜色的单色光组成的，也就是所谓的色散现象。牛顿的这个发现，可以算是最原始的光谱分析，在光的探索上迈出了重要的一步。
到19世纪初，英国化学家沃拉斯顿改进了牛顿的实验，结果发现，在彩色光谱里存在几条很细的暗线。这些暗线是什么？沃拉斯顿猜测这些暗线是不同颜色之间的分界线。这个猜测在当时是合理的，因为他发现的暗线也就那么几条，人们描述光谱的颜色也就那么几种，所以猜测两者之间存在某种匹配也是可以理解的。但万万没想到，这些暗线不过是冰山一角。
1814年，夫琅禾费发明了光谱仪，这种仪器的核心还是三棱镜，但是相比牛顿时代，分辨率已经有很大的提升了。和沃拉斯顿一样，夫琅禾费在阳光里也看到了暗线，但他的仪器更精密，夫琅禾费看到了几百条暗线。但这些暗线到底是什么？
到了1859年，揭秘的日子终于来了。两位德国人在这个问题上有了突破，这两个人分别是化学家本生和物理学家基尔霍夫。当时本生正在研究化学元素加热后发射出来的光谱。元素不同，它发出的亮线位置也不同，本生打算用这个特征来作为认证化学元素的新手段，但难在他用来观察光谱的设备精度太低，这时候基尔霍夫给他推荐了光谱仪。本生和基尔霍夫两个人很快证实了每种化学元素都有自己独特的光谱，就像每个人的指纹一样。
基尔霍夫在研究中还有一项重要的发现，亮线源于光的发射，也叫发射光谱，暗线源于光的吸收，也叫吸收光谱。这个发现让基尔霍夫意识到，太阳光谱里那些成百上千的暗线，就是太阳上的吸收光谱。既然吸收光谱和发射光谱是相对应的，那我们只要把暗线和已知元素的发射光谱做对比，就能分析出太阳上的元素。
科学家们经过对太阳光谱的分析，发现太阳是一个巨大的氢气球，在太阳的总质量里占了71%，还发现了一种新元素，氦，占太阳总质量的27.1%。利用基尔霍夫的发现，科学家们很快就在太阳的光谱里分析出了大量和地球上相同的元素。光谱分析，彻底颠覆了人们天贵地贱的观念，整个宇宙都是由普通元素构成的，并没有什么不同。
晨星写于2021年5月19日晚