在发现五分钟振荡和超米粒之后没过几年，罗杰·乌尔里希（Roger Ulrich），与约翰·莱巴彻（John Leibacher）、罗伯特·斯坦（Robert Stein）两人，分别独立地展示了这种表面运动是更广大的波的网络的一部分，这一网络覆盖了日面并深入太阳内部。在各种可能存在于太阳中的波里面，实际被观测到的主要类型的波是声波，一种压缩或压力波，被标记为P波。这种波可以在太阳内四处传播，但是当它到达顶部，也就是光球层时，会因为密度在边界处急剧下降，而被反弹回来。向下运动的波发现自己正在经过一个声速变化的介质，压力和密度向太阳内部增加，造成声速增加。向内运动的波会从高声速的区域偏转，所以在这种情况下它们会向上折射，从内部回到表面（图14）。向下和向上移动的波互相作用，产生了共振，只允许一些特定离散频率的波存在，就像振动的弦或者摇响的铃铛一样。在日面，我们可以探测穿过太阳又返回来的波，并同没有进行这趟往返旅程的波做比较。

图14 P波又叫压力波，它在太阳内部的旅行可能被限制在一个区域：在区域顶部会因为日面附近密度陡降而被反弹回来；在底部，声速的增长又使向下传播的波折返回表面。当这些波回到表面，并被探测和分析，就可以揭示它们所经过的太阳内部的信息。如图所示，长波穿透得更深，有更长的周期和更短的频率。如果我们想要知道太阳深处的状态，就需要探测这些长波，需要在日震和磁成像仪（Helioseismic and Magnetic Imager，HMI，是太阳动力学天文台上的一台主要仪器。—译者注）或全球日震观测网上进行长时间的不间断观测。

有数百万不同频率的波被发现，由频率中心大致在五分钟左右的波谱主导。本章开头的美丽图像描述了其中一种波的模式。原来，五分钟振荡是穿过太阳内部的不同模式的波在日面的表现。通过清晰的分析，在表面看到的膨胀振荡可以揭示返回波在穿过太阳的旅途中的经历，很像是奥尔德姆在印度分析地震产生的地震波从而揭示了地球内部的详情。

图15 日震学创立之后就确定了太阳内部流体的运动方式，可谓是首战告捷。研究结果表明：太阳赤道转得比太阳南北极快，太阳内部转得比太阳表面快。上图用两种不同的展示方法，来说明这一结果。左图展示了特定纬度上的转速随太阳内部不同深度的变化。其中横轴表示深度，范围从离太阳中心一半的位置（0.5r/R）到太阳表面（1.0r/R），纵轴表示转速（每秒多少圈，单位是纳赫兹）。在纬度为零的赤道上自转最快，随着向极区方向纬度的升高（图中15度、30度、45度等曲线），转速逐渐变慢了。当沿着横轴向左，也就是向太阳内部移动时，转速曲线汇聚到了一起，它们在从太阳表面算起约35%太阳半径（0.65r/R）的地方相遇，表明在这个深度，所有纬度的转速都是差不多的。也就是说，在太阳深处有一个球状核心区域没有较差自转，而是像固体球那样整体旋转（刚体自转）。右图用彩色等高线图的方式展示了同一研究结果。红色区域对应着最快速的旋转，蓝色区域表示最慢的转速。研究认为，太阳的强磁场就产生于较差自转和刚体自转的交界面处。从右图上可以看到，在0.7r/R的位置以内，不同颜色的差别消失了，都成为了黄色和金色，表明在这个深度之内，太阳各部分的转速基本一样。

从这一分析中得到的一个主要结果是，太阳的较差自转在其内部也继续存在，较差自转是指太阳赤道转得比极区快。结果表明，较差自转只存在于太阳半径靠外面的三分之一部分，也就是被称为对流区的地方。在对流区的底部，太阳像地球一样有一个核心区域：较差自转终止于从外向内30%太阳半径处，从这往内，太阳像固体一样自转，所有的部分都一样地转。图15中展示了这种自转模式的改变：在日面附近，不同纬度的自转曲线分开得很远，但是在半径为太阳半径65%处，它们聚拢到了一起。如图15右边金黄色区域内间隔很小的、近似水平的等高线所指示的那样，在一个清晰的边界上，在太阳内部的一个薄层内，自转速率发生了很大的变化。这个剪切层，就像它的名字一样，将会在下一章发挥主要作用，在太阳深处生成强磁场，然后涌现到日面，产生黑子和与黑子相关的现象。

图16 在太阳内部，氢核（质子，图中表示为红色）在高温高压的状态下，通过一系列步骤聚变转化成氦。其中一些步骤包含了质子衰变成中子（图中表示为蓝色），并释放一个正电子和一个中微子。ν表示中微子；γ表示短波长的光，被称为伽马射线。

日震学在帮助解决长期存在的“太阳中微子问题”方面也起到了作用。深入太阳的核心，温度是如此的高，以至于氢原子核，也就是质子，不顾它们具有相同电荷产生的互相排斥，会高速地碰撞；当它们靠得足够近时，能够合并形成较重的元素。图16展示了一系列这样的相互作用，被称为质子—质子链反应，通过这种高速碰撞产生了一系列的较重原子核，从一个质子的氢到两质子两中子共四个核子的氦。中微子作为反应链条中的一部分被发射，并离开太阳，使得我们可以从地球上探测到它们。问题在于，探测到的中微子数量只有预期的三分之一，而此后科学家们经过很多年的艰苦探索，也没找到合理的解释。

太阳中微子一开始的类型是电子中微子，在它们飞向地球的过程中则转化为全部三种类型的中微子。

因为中微子与常规物质的相互作用很弱，中微子实验是人尽皆知地难做，所以解释首先要从实验本身来开始。这一过程包括详细地核对实验方法，也包括使用不同的方法构建不同的实验，结果表明解决办法是在别处。另一种实验是更改太阳内部结构模型，使之产生更少的中微子。然而以上尝试都没成功，主要是因为由日震学所确认的太阳内部温度结构模型，无法做出足够导致中微子数量差异的改变。这表明我们需要改变对中微子的理解，研究人员转向布鲁诺·庞蒂科夫（Bruno Pontecorvo）1958年的提议，他注意到应该有三种类型的中微子，如果它们不是像光子一样的无质量粒子，而是有很小的质量，那么它们会以一种振荡的方式自发地相互转化。这样一来，太阳中微子一开始的类型是电子中微子，在它们飞向地球的过程中则转化为全部三种类型的中微子（即电子中微子、μ中微子和τ中微子。—编者注）。然而最初的实验被设定为只对电子中微子敏感，因而他们只能探测到总数的三分之一。后续建造的实验设备经过探测，结果表明的确如此。

美国天空实验室空间站于1973年6月10日拍摄的太阳爆发时几个不同波段单色图像的并列比较。 VIvIIbKXQ3hFAy4025NeSh6akr3RrGOTtzS+sV+40mG+SxtxpVMSVYxOrMPCnj7x