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神秘日食即将上演 研究人员从天到地全副武装迎接“盛宴”

2017-08-16 09:38 来源:《中国科学报》 
2017-08-16 09:38:15来源:《中国科学报》作者:责任编辑:张佳兴

  研究人员从天到地全副武装迎接“盛宴”

  日冕在日食中显现 。图片来源:Babak Tafreshi/NGC

  8月21日,美国将迎来千载难逢的日全食现象。届时太阳、月亮和地球将排成一条直线,月影掠过美洲大陆并将太阳整个遮住。当月球的阴影扫过美洲大陆时,研究人员将在选好的有利观测位置上等待着日食的出现,这些位置分布于一条宽约110公里的路线上。

  这次的日全食也让全球天文爱好者蠢蠢欲动。多亏无数观测者的参与,太阳物理学家们希望能通过此次日食获得比以往更全面的信息,并以此开发新的观测技术,为下一次日全食做准备。

  资深日食追踪者、夏威夷大学马诺阿市太阳物理学家Shadia Habbal说:“日食之美在于每次观测你都会产生一种冲动,寻找可以促进学科发展的新事物。”

  日全食大约每18个月发生一次,为研究人员提供了研究日冕的绝佳机会——这些炽热的等离子体,通常被太阳表面的眩光所遮蔽。研究人员通常会用一种叫日冕仪的仪器挡住太阳以显示出太阳周围的日冕,但安装在卫星和地面望远镜上的日冕仪的效果并不理想:为了保护其他仪器不受强太阳光的损害,日冕仪的安装位置使它们挡住了略大于太阳本体的区域,导致部分日冕也被挡住。

  而在日全食期间,月球会完美地遮住太阳,使日冕可以被更好地观测到。多个世纪以来,天文学家通过观测日食取得了许多重大进展,例如氦气的发现和验证爱因斯坦的相对论。

  在这次即将到来的日食期间,一个主要的研究计划是使用湾流V 型飞机探测处于红外波段的日冕中的磁流。这种磁流很难在地面精准测量。项目负责人之一、马萨诸塞州哈佛-史密森学会天体物理学中心(CfA)研究生Jenna Samra表示,过去,研究人员曾专注于研究太空中处于紫外波段和地面可见光波段的日冕,但现在,红外探测器已经足够先进和敏感,为研究日冕提供了一种新途径。

  而且,红外研究能揭示更多关于日冕磁场的信息,该磁场会以强大的电流从太阳表面释放能量。“我们的日冕拼图一直缺失这一块。”参与该项目的CfA博士后Chad Madsen说。

  据悉,安装在飞机上的红外仪器将在日冕周围的几处位置收集详尽的光谱信息。通过光谱中特定的线与线间的距离,科学家能间接计算出该位置的磁场强度——这一信息无法被直接测量。

  飞机的预计飞行高度约为15公里,以便避开所有云层,并将在飞越密苏里州、肯塔基州和田纳西州的过程中观测约4分钟的日全食。美国国家大气研究中心高空观测站主任Scott Mchintosh指出,在飞机上测试红外光谱仪等仪器,有助于科学家开发能在太空中使用的下一代探测技术,为各种科学应用和研究提供更快捷和低成本的数据采集方式。

  类似的,美国宇航局(NASA)也将使用两架喷气飞机追踪此次日食。这些飞机将配备可以捕获“日冕细丝”运动的高速摄像机。该项目负责人、西南研究所天文学家Amir Caspi说:“理想的话,我们能发现能量加热日冕背后的机理,而这到目前为止都是极难被捕捉到的。”

  这两架飞机还将相继在预计7分多钟内收集数据。在进行红外探测的同时,它们还将绘制出第一张水星热感图,并以此寻找水内小行星—— 一种可能存在于太阳和水星之间的小行星。

  在日食期间,地面人员也会进行相关研究,比如Habbal长期进行的日冕温度图项目。今年,她将在美国西部的5个观测地点部署30人,使用改进型探测器寻找铁和氩等过热元素的光谱线。她表示,这将能揭示日冕化学信息。而这些数据在其他时候难以收集。

  此外,法国巴黎天体物理研究所天文学家Serge Koutchmy提到,这次在爱达荷州的一个山谷中还有一支法国研究小组将会分析日冕中的光谱线以支持CfA的研究。并且,该小组还将使用新型测光仪器继续测量太阳半径。目前,太阳的真实半径仍是个谜,该小组计划通过研究月亮在“接触并盖住”太阳时星星光线的变化测量太阳半径。

  现在看来,8月21日的日食可能会产生新一代的日食科学家。“到目前为止,我并非日食猎人,但这让我十分感兴趣,并非常期待再次迎接日食。”Caspi说 。(张章编译)

[责任编辑:张佳兴]

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