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人类拍到迄今最清晰的太阳照片 竟然像个爆米花?

来源:光明网2020-02-12 17:45

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  前段时间,美国国家科学基金会(NSF)位于夏威夷的丹尼尔∙凯∙伊农奕(Daniel K Inouye)太阳望远镜捕捉到了迄今最清晰的太阳表面照片。高清图像里,太阳仿佛是流动的黄金,展现出太阳作为等离子体复杂的结构,为人类认识太阳和预测太阳活动,提供了更进一步的素材。那么照片是怎么拍摄的?未来这架望远镜还会带来什么惊喜呢?来听听中国科学院院士汪景琇怎么说~

人类拍到迄今最清晰的太阳照片 竟然像个爆米花?

  光明网:夏威夷丹尼尔∙凯∙伊农奕(Daniel K Inouye)太阳望远镜是目前世界上最大的太阳望远镜,它有什么特点?科学目标是什么?

  汪景琇:这是世界上最大的太阳望远镜,坐落于夏威夷毛伊岛东部。丹尼尔∙凯∙伊农奕太阳望远镜口径4米,由美国国家自然科学基金委资助,美国国家太阳天文台研制和运行,历经20年、耗资3.44亿美金。伊农奕太阳望远镜去年12月“开光”,刚刚睁开巨眼的它正以从未有过的精细度观测太阳。

  它的科学目标是对太阳磁场进行最精确的测量,包括前所未有的对太阳大气或日冕磁场的测量,从而回答一些最重大的科学问题,比如,太阳的日冕为什么会有百万度的高温,比太阳表面热百倍;太阳大气中翻腾的磁场如何驱动太阳风暴并影响地球上的生命等。

  光明网:此次的照片是如何拍摄的?

  汪景琇:这张照片是1月29日发布的,是伊农奕太阳望远镜拍摄的太阳光球表面的单色像,可能是由多幅照片拼接而成的。其日面空间分辨率达到35公里。试想,在离太阳1.5亿公里外的地球,人类能够分辨清楚太阳表面35公里的结构特征,这是何等令人振撼的科学技术奇迹!

  光明网:照片上的不规则形状是什么?为什么太阳表面会是这样的?我们可以从这张照片中得到什么信息?

  汪景琇:照片展示的,是太阳表面沸腾的超热大气。图中不规则的形状是湍动对流的图案。那些明亮的“元泡”是从太阳内部向上翻腾的气泡,即包含电离的正负电荷在内的超热等离子体。而“暗径”类的结构,是对流中下落的被冷却的等离子体。每一个亮的“元泡”和周围的“暗径”,组成像爆米花似的 “太阳米粒”。它们是恒星对流的一个基本结构。

    值得一提的是图像中“米粒暗径”内只有几十公里的精细结构,有的表现为“亮点”,有的形如“金属丝网”。它们曾在较低分辨率的观测中被邓恩(Dunn)等发现。近年暗径内的结构被地面和空间更多观测证实和研究,也被称为“暗径亮点”。然而,在较低的分辨率下,不可能在结构上分辨这些极为精细的特征,更不可能在物理上对它们进行可靠的诊断,其“真容”也许只有靠伊农奕太阳望远镜才能真正揭示,它们可能为揭密日冕加热等难题提供重要线索。

    光明网:此前邓恩太阳望远镜也曾拍到过太阳的照片,邓恩太阳望远镜的特点是什么?这次拍摄的图片和以往有什么不同?

    汪景琇:邓恩太阳望远镜是美国国家太阳天文台1969年投入工作的、口径为1.5米的真空塔式太阳望远镜,位于新密西哥州的萨克峰,因其高分辨率光谱成像观测闻名于世。后来,为表彰该天文台的太阳物理学家邓恩(Dunn)的贡献,该望远镜被命名为邓恩太阳望远镜。

  为建设伊农奕太阳望远镜,美国国家基金委削减了对邓恩太阳望远镜的资助,使其成为由基金委、新墨西哥州和私人资助的太阳黑子太阳天文台的主要设备。邓恩太阳望远镜取得了很多重要成果,其中就包括对太阳对流的高分辨率观测和邓恩等1974年关于米粒暗径中细丝状亮点结构(filigree)的发现。邓恩望远镜因2004年配备了高阶自适应光学系统,进一步提升了高分辨率观测的性能。

  与早期邓恩太阳望远镜等以往最好的光球照片比,伊农奕太阳望远镜观测的空间分辨率提高了约三倍。在米粒暗径中细丝状亮点结构被发现46年后,太阳物理学家可能第一次取得了它们被详细分辨的图像。现在发布的只是单色像,更精细的磁场和动力学测量将提供更多的物理信息。

  光明网:还处于测试阶段的伊农奕太阳望远镜便拍下了如此清晰的太阳照片,未来它还将安装更多先进仪器,如低温近红外分光光度计、衍射极限近红外光谱偏振仪,这两个仪器的作用是什么?它将对科学家探索太阳提供哪些帮助?

  汪景琇:伊农奕太阳望远镜配备了5套终端设备,确保在高空间分辨率下、日面和太阳大气中磁场偏振测量的最高精度和灵敏度。低温近红外光谱偏振仪和二维近红外光纤光谱偏振仪,将直接测量太阳大气包括日冕中的磁场,可能是伊农奕太阳望远镜最重要的两套设备。

  迄今为止,太阳磁场的直接测量仅局限于太阳光球表面,对太阳大气(色球、过渡区和日冕)磁场的知识,主要来自在简化假定下的理论重构。缺乏可靠的观测,限制了科学家对太阳磁活动起源和机理的理解,导致日冕加热和太阳风起源等难题得不到解决。其他三套设备包括快速宽带滤光单色像仪,双光路可见光狭缝光谱偏振仪和多波段成像光谱偏振仪。

  自然杂志报道的只是伊农奕太阳望远镜开光后拍到的光球照片,望远镜的科学观测还要等几个月才能正式开始。伊农奕太阳望远镜与抵近太阳的帕克太阳探针(PSP)和欧空局本周将发射的太阳轨道器(Solar Orbiter),标志着太阳探测的一个新纪元的开始,为我国太阳物理研究提供了重大机遇和挑战。中国科学家正在抓紧工作,为实现我国第一个太阳卫星-“先进空基太阳天文台(ASOS)” 而努力,并为8米口径的“先进地基太阳天文台(ASOG)”计划做科学和技术准备。(蔡琳)

  受访专家:汪景琇,中国科学院院士,中国科学院国家天文台研究员,中国科学院大学资深讲席教授,《Research in Astronomy and Astrophysics》联合执行主编。

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