和“帕克”一起看太阳

    太阳是离人们最近的一颗恒星，也是唯一可以进行高分辨率空间解析研究的恒星。

    然而，至今还有许多未解之谜：太阳日冕是如何被加热的？太阳耀斑等爆发现象是如何触发的？为什么会有太阳活动周？我们可以预报太阳耀斑和日冕物质抛射吗？对这些科学难题的理解始终都离不开高性能的太阳观测。

    2018年8月11日下午，国际天文学联合会太阳与日球物理分会主席、中国科学院太阳活动重点实验室主任颜毅华研究员带领科研团队正在利用我国新近研制完成的国际上第一个厘米-分米波射电频谱日像仪——被称为中国“草原天眼”的MUSER对当天即将发生的日偏食开展阵列成像和单天线空间分辨的观测试验。

    天公似乎并不作美，从一大早开始，MUSER周围的内蒙古草原上空便阴雨绵绵，乌云密布。到了下午，在近10平方公里的草原上由100面抛物面天线沿三条螺旋臂排列，整齐地指向西边的天空，大家一边调试设备一边静静地等待着。下午5点，正当日食初亏即将开始时，西边天空漏出了一缕耀眼的阳光，继而慢慢扩大，“老天爷睁开眼啦！”大家欢呼着各就各位，按捺着兴奋操控着MUSER进行数据采集和观测试验。

    图1. “草原天眼” 颜毅华拍摄

    几乎与此同时，在地球另一边的美国卡纳维拉尔角，一群科学家正在忙碌着准备用一枚重型运载火箭将一颗承载着无数科学家梦想与厚望的“帕克”太阳探测器（Parker Solar Probe）发射升空。

    北京时间8月12日15时31分，火箭拖着长长的尾焰飞向茫茫太空。

    这是一颗全新的太阳探测器，它将经过7年的长途飞行，多次借力于金星引力的加速，于2025年到达距离太阳表面大约8.5倍太阳半径的地方（几乎只有水星轨道半径的1/4），以前所未有的近距离直接测量日冕大气中的电场、磁场、射电波、等离子体密度和温度、以及各类粒子的能量和流量，以此追踪加热日冕和加速太阳风的能量流、确定太阳风源区磁场的结构和动力学过程、确定太阳高能粒子的加速和传输机制。

    这是人类第一个抵近探测太阳的天文望远镜，以此为标志，将开启太阳探测的新时代。

    图2. 奔向太阳的“帕克” 来源：NASA

    在“帕克”奔向太阳的这7年里，中国太阳物理学家们也在实施一系列的太阳探测计划。

    MUSER开启了对太阳爆发源区能量释放过程和初始传播路径的高分辨率频谱成像观测；此外，中国科学院国家天文台还承担着国家“子午工程II期”的太阳-行星际探测设备的研制和建设，太阳射电频谱成像的观测频率将延伸到30MHz的十米波段，观测源区也将进一步延伸到距离太阳表面以上大约5倍太阳半径的地方，并同步研制建设高性能行星际闪烁望远镜，将太阳和行星际的探测范围扩展到近地空间；紫金山天文台主持的先进天基太阳观测台ASO-S计划于2022年左右发射升空，从而使我国跨入空间探测太阳的新纪元。

    届时，通过MUSER、子午II期的米波-十米波频谱日像仪、行星际闪烁望远镜、ASO-S，以及云南抚仙湖一米真空太阳望远镜NVST等，我国将拥有从太阳表面附近到近地空间全链路跟踪观测的能力，将同“帕克”太阳探测器一起对太阳进行多视角、多波段的系统观测，为下列科学难题给出全新的答案：

    （1）太阳表面以上的高温日冕是如何被加热的？

    （2）太阳风是如何被加速到每秒数百公里到上千公里的高速的？

    （3）太阳爆发的起源有何规律可循？

    （4）太阳活动周的起源是什么？活动周在太阳及其他恒星上有何普适性的规律？

    （5）如何预报灾害性的太阳风暴事件？

    （6）太阳活动如何作用和影响近地空间环境？

    对上述问题的理解和解答，将帮助人类理解我们在宇宙中的环境，更好地守护人类家园。

    图3. 探测太阳、守护人类家园的中国“草原天眼” 苏力德拍摄

    作者介绍：

    谭宝林，中国科学院国家天文台研究员，主要研究方向：太阳射电物理、日冕加热机制和等离子体天体物理

    美编：彼得堡