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人類拍到迄今最清晰的太陽照片 竟然像個爆米花?

http://finance.sina.com   2020年02月12日 17:52   北京新浪網

  來源:中國科學院國家天文臺

  前段時間,美國國家科學基金會(NSF)位於夏威夷的丹尼爾∙凱∙伊農奕(Daniel K Inouye)太陽望遠鏡捕捉到了迄今最清晰的太陽表面照片。高清圖像裏,太陽彷彿是流動的黃金,展現出太陽作爲等離子體複雜的結構,爲人類認識太陽和預測太陽活動,提供了更進一步的素材。那麼照片是怎麼拍攝的?未來這架望遠鏡還會帶來什麼驚喜呢?來聽聽中國科學院院士汪景琇怎麼說~

  Q:夏威夷丹尼爾∙凱∙伊農奕(Daniel K Inouye)太陽望遠鏡是目前世界上最大的太陽望遠鏡,它有什麼特點?科學目標是什麼?

  汪景琇:這是世界上最大的太陽望遠鏡,坐落於夏威夷毛伊島東部。丹尼爾∙凱∙伊農奕太陽望遠鏡口徑4米,由美國國家自然科學基金委資助,美國國家太陽天文臺研製和運行,歷經20年、耗資3.44億美金。伊農奕太陽望遠鏡去年12月“開光”,剛剛睜開巨眼的它正以從未有過的精細度觀測太陽。

  它的科學目標是對太陽磁場進行最精確的測量,包括前所未有的對太陽大氣或日冕磁場的測量,從而回答一些最重大的科學問題,比如,太陽的日冕爲什麼會有百萬度的高溫,比太陽表面熱百倍;太陽大氣中翻騰的磁場如何驅動太陽風暴並影響地球上的生命等。

  Q:此次的照片是如何拍攝的?

  汪景琇:這張照片是1月29日發佈的,是伊農奕太陽望遠鏡拍攝的太陽光球表面的單色像,可能是由多幅照片拼接而成的。其日面空間分辨率達到35公里。試想,在離太陽1.5億公里外的地球,人類能夠分辨清楚太陽表面35公里的結構特徵,這是何等令人振撼的科學技術奇蹟!

  Q:照片上的不規則形狀是什麼?爲什麼太陽表面會是這樣的?我們可以從這張照片中得到什麼信息?

  汪景琇:照片展示的,是太陽表面沸騰的超熱大氣。圖中不規則的形狀是湍動對流的圖案。那些明亮的“元泡”是從太陽內部向上翻騰的氣泡,即包含電離的正負電荷在內的超熱等離子體。而“暗徑”類的結構,是對流中下落的被冷卻的等離子體。每一個亮的“元泡”和周圍的“暗徑”,組成像爆米花似的 “太陽米粒”。它們是恆星對流的一個基本結構。

  值得一提的是圖像中“米粒暗徑”內只有幾十公里的精細結構,有的表現爲“亮點”,有的形如“金屬絲網”。它們曾在較低分辨率的觀測中被鄧恩(Dunn)等發現。近年暗徑內的結構被地面和空間更多觀測證實和研究,也被稱爲“暗徑亮點”。然而,在較低的分辨率下,不可能在結構上分辨這些極爲精細的特徵,更不可能在物理上對它們進行可靠的診斷,其“真容”也許只有靠伊農奕太陽望遠鏡才能真正揭示,它們可能爲揭密日冕加熱等難題提供重要線索。

  Q:此前鄧恩太陽望遠鏡也曾拍到過太陽的照片,鄧恩太陽望遠鏡的特點是什麼?這次拍攝的圖片和以往有什麼不同?

  汪景琇:鄧恩太陽望遠鏡是美國國家太陽天文臺1969年投入工作的、口徑爲1.5米的真空塔式太陽望遠鏡,位於新密西哥州的薩克峯,因其高分辨率光譜成像觀測聞名於世。後來,爲表彰該天文臺的太陽物理學家鄧恩(Dunn)的貢獻,該望遠鏡被命名爲鄧恩太陽望遠鏡。

  爲建設伊農奕太陽望遠鏡,美國國家基金委削減了對鄧恩太陽望遠鏡的資助,使其成爲由基金委、新墨西哥州和私人資助的太陽黑子太陽天文臺的主要設備。鄧恩太陽望遠鏡取得了很多重要成果,其中就包括對太陽對流的高分辨率觀測和鄧恩等1974年關於米粒暗徑中細絲狀亮點結構(filigree)的發現。鄧恩望遠鏡因2004年配備了高階自適應光學系統,進一步提升了高分辨率觀測的性能。

  與早期鄧恩太陽望遠鏡等以往最好的光球照片比,伊農奕太陽望遠鏡觀測的空間分辨率提高了約三倍。在米粒暗徑中細絲狀亮點結構被發現46年後,太陽物理學家可能第一次取得了它們被詳細分辨的圖像。現在發佈的只是單色像,更精細的磁場和動力學測量將提供更多的物理信息。

  Q:還處於測試階段的伊農奕太陽望遠鏡便拍下了如此清晰的太陽照片,未來它還將安裝更多先進儀器,如低溫近紅外分光光度計、衍射極限近紅外光譜偏振儀,這兩個儀器的作用是什麼?它將對科學家探索太陽提供哪些幫助?

  汪景琇:伊農奕太陽望遠鏡配備了5套終端設備,確保在高空間分辨率下、日面和太陽大氣中磁場偏振測量的最高精度和靈敏度。低溫近紅外光譜偏振儀和二維近紅外光纖光譜偏振儀,將直接測量太陽大氣包括日冕中的磁場,可能是伊農奕太陽望遠鏡最重要的兩套設備。

  迄今爲止,太陽磁場的直接測量僅侷限於太陽光球表面,對太陽大氣(色球、過渡區和日冕)磁場的知識,主要來自在簡化假定下的理論重構。缺乏可靠的觀測,限制了科學家對太陽磁活動起源和機理的理解,導致日冕加熱和太陽風起源等難題得不到解決。其他三套設備包括快速寬帶濾光單色像儀,雙光路可見光狹縫光譜偏振儀和多波段成像光譜偏振儀。

  自然雜誌報道的只是伊農奕太陽望遠鏡開光後拍到的光球照片,望遠鏡的科學觀測還要等幾個月才能正式開始。伊農奕太陽望遠鏡與抵近太陽的帕克太陽探針(PSP)和歐空局本週將發射的太陽軌道器(Solar Orbiter),標誌着太陽探測的一個新紀元的開始,爲我國太陽物理研究提供了重大機遇和挑戰。中國科學家正在抓緊工作,爲實現我國第一個太陽衛星-“先進空基太陽天文臺(ASOS)” 而努力,併爲8米口徑的“先進地基太陽天文臺(ASOG)”計劃做科學和技術準備。

  受訪專家

  汪景琇,中國科學院院士,中國科學院國家天文臺研究員,中國科學院大學資深講席教授,《Research in Astronomy and Astrophysics》聯合執行主編。

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