点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:太阳射电天文学——探测看不见的爆发过程
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

太阳射电天文学——探测看不见的爆发过程

来源:光明网2021-07-26 13:35

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  太阳射电天文学,简单地说就是利用射电望远镜观测研究太阳的一门学科。最早的射电天文学几乎就是从太阳射电观测中发端的。

  早在1869年,英国著名理论物理学家麦克斯韦提出,恒星可以在任何波段产生电磁辐射,包括射电波辐射。一些著名学者,包括发明家爱迪生和物理学家马克斯·普朗克先后指出,太阳应该能够产生射电波发射。1940年,美国科学家Grote Reber利用自制的9.45米口径的抛物面射电望远镜首次观测到在162MHz很强的太阳射电信号。1942年,正与德军鏖战的英军防空部队的米波炮瞄雷达突然接收到来自太阳的强烈信号干扰,后经分析发现该信号恰与太阳上的耀斑爆发事件密切相关,从此宣告了太阳射电天文学的诞生。

太阳射电天文学——探测看不见的爆发过程

图1. 最早开展太阳射电观测研究的美国科学家Grote Reber(1911-2002)(图源:百度)

  众所周知,望远镜的最小空间分辨角与波长成正比,与望远镜的口径成反比。由于射电波的波长是可见光的几万倍到数千万倍,如果我们希望达到光学望远镜那样的空间分辨率,就要求射电望远镜的口径是光学望远镜的数万倍到数千万倍!对于10厘米口径工作在500纳米波长的光学望远镜所获得的空间分辨率,工作在10厘米波段的射电望远镜的口径则必须达到200公里!这是一个几乎无法实施的超级工程!正因为如此,由于口径限制,我们迄今所获得的太阳射电图像几乎都是模糊的,远没有太阳光学图像那么清晰和震撼。

  那么,是不是太阳射电天文学就不重要了呢?

  事实正好相反,太阳射电天文学不但非常重要,对于太阳爆发的许多现象,它几乎就是唯一的研究手段!

  我们知道,太阳会不时地发生耀斑、日冕物质抛射等剧烈爆发事件,在这些事件中除了会抛射出大量高温等离子体云团外,还会释放出巨大的能量,加速并发射大量高能带电粒子。这些高能粒子在行星际空间的高速传播,对在轨运行的各种航天器、空间站、载人航天、卫星通讯、卫星导航以及地面的大型电网等高技术系统产生严重威胁,构成所谓灾害性空间天气事件。

  我们的光学望远镜,包括工作在可见光、紫外和近红外波段的太阳望远镜,对这些高能过程,尤其是高能粒子的加速和在空间的传播过程几乎都是看不见的。然而,在射电望远镜中,这些高能现象却能非常显著地表现为各式各样的射电爆发,如太阳射电I型暴、II型爆、III型爆、运动IV型爆等,其中,不同类型爆发背景上还存在大量频谱精细结构,例如斑马纹、纤维、鱼群、准周期脉动、尖峰群等结构。这些不同类型的太阳射电爆发以及不同的频谱精细结构分别对应着不同太阳物理过程中非热粒子的加速和传播过程。

  由图2中的对比可知,太阳射电爆发的辐射强度比宁静太阳和银河系背景辐射强数百倍到百万倍以上,具有非常灵敏的响应。因此,我们说太阳射电天文学可以探测到其他手段根本就看不见的太阳爆发过程。太阳射电观测与其他多波段观测相配合,是研究天体等离子体物理环境中爆发的触发机制、先兆特征、能量释放机制、粒子加速机制的重要途径。

太阳射电天文学——探测看不见的爆发过程

图2. 太阳射电爆发与宁静太阳和银河系背景辐射的对比(图源:Dulk, ARA&A, 1985)

  此外,太阳射电辐射占据了从亚毫米波到千米波的极宽频率范围,频率跨度达7个数量级以上,对应的辐射源区则覆盖了太阳光球、色球、日冕、直至行星际空间,不仅能对太阳爆发产生的高能粒子进行观测,还能对日冕物质抛射、行星际激波等在极稀薄的行星际空间的传播和演变进行追踪观测,这也是其他探测手段难为其力的。这对灾害性空间天气的监测和空间物理研究都是至关重要的。

太阳射电天文学——探测看不见的爆发过程

图3. 太阳射电辐射覆盖了从太阳到地球附近的广阔空间(图源:自制)

  作者简介:谭宝林,中国科学院国家天文台研究员,主要从事太阳射电天文学和等离子体天体物理学的研究和教学。

  文稿编辑:赵宇豪

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 万亩山花迎春来 山乡美景助共富

  • 江苏无锡:泰伯庙会展吴韵风采

独家策划

推荐阅读
中国科学院近代物理研究所核结构研究团队与合作者通过高精度实验,明确了一种钼同位素释放其储存能量的关键机制,在原子核能量可控释放研究领域取得重要进展。
2026-02-26 09:46
电感器如同现代电子设备的“心脏”,让电流有序流动、设备稳定工作。
2026-02-26 09:35
“AI保姆”“智能教育助手”等产品,正以前所未有的速度和深度涌入未成年人的世界。不少家长感叹,这位无所不能、无时不在的“数字家教”成了解放自己的好帮手。
2026-02-26 13:44
全球人工智能技术迭代创新按下“快进键”,与各行业各领域的融合应用持续拓展深化。
2026-02-26 13:44
AI操控的机器人虽难以完全替代实验科学家,但AI系统已开始接管人类的数据分析师、研究编码员等工作。
2026-02-26 10:04
截至2025年,我国发明专利申请量已连续多年位居全球第一,成为名副其实的专利大国。
2026-02-26 09:55
他们走过了一段从弱到强、从“备胎”到“主角”的孤勇之路,实现了国内超低温大型制冷机市场从被国外100%垄断到国产化替代的“跨越式发展”。
2026-02-26 09:49
人工智能技术及其应用的跨领域、跨层级、跨主体特征,决定了其安全治理天然具有高度复杂性和协同需求。最后,面对人工智能技术快速迭代、应用场景动态迁移、风险形态持续演化的鲜明特点,制度体系必须具备敏捷响应与动态调适的智慧与弹性。
2026-02-25 09:45
曾经只存在于科幻电影中的“太空采矿”,正逐渐从文艺作品中的构想走进现实。
2026-02-25 09:49
新一轮科技革命的浪潮中,数字化与智能化已成为竞争关键,以开放的姿态推动实体经济与数字技术深度融合,必将推动我国制造业发展更上一层楼。
2026-02-25 09:45
当天,李秋立和4位“战友”——同所研究员胡森、陈意、杨蔚及中国科学院国家天文台(以下简称国家天文台)副研究员周琴,共同获得2025年度中国科学院杰出科技成就奖基础研究奖。
2026-02-25 09:45
在2月19日发表于《科学》的一篇论文中,研究人员描述了一种疫苗,作为鼻腔喷雾剂,它不仅能让小鼠对新冠病毒、流感病毒免疫,还能抵御所有呼吸道疾病。实验表明,接受4剂鼻腔疫苗的小鼠对新冠病毒和其他冠状病毒,以及引发多种呼吸道感染的细菌都产生了免疫力。
2026-02-25 09:45
在人体免疫系统中,T细胞犹如一支守护健康的“特种部队”,负责执行全身细胞的“安全检查”。该研究揭示,组氨酸能精准定位TCR分子识别癌细胞和启动癌细胞清除程序的“关键按钮”位点。
2026-02-25 09:45
《庄子・人间世》有云,“乘物以游心”——或许正是“驭AI而不役于AI”的最好注解。
2026-02-24 14:01
清晰界定科普的价值定位,探索高效的实现路径,有助于推动科普事业高质量发展。
2026-02-24 13:23
AI技术的竞争早已超越产品层面,上升到创新生态、治理能力与产业话语权的综合博弈。
2026-02-24 10:09
当你惊叹于自动驾驶汽车流畅的避障,或陶醉于无人机集群精准的编队表演时,可能并未察觉,支撑这些智能场景的海量数据正在无数边缘节点间疾速奔流。
2026-02-24 09:16
近日,一支国际科学家团队从西南极洲腹地带回了228米长的远古岩石与沉积物,这是人类迄今从冰盖下获取的最长岩芯。
2026-02-24 09:33
当前AI算力普遍面临“内存墙”问题,即计算时数据的存储与运算分处于不同区域,“隔墙”调用严重制约了AI芯片性能提升。
2026-02-24 09:23
目前,主流锂电池正极材料大多使用钴、镍等无机矿物,这类材料面临资源、成本、安全及柔性不足等多重挑战。相比之下,有机电极材料取材广泛,其分子可灵活设计且自身柔韧,被视为极具潜力的“绿色电池新星”。
2026-02-24 09:21
加载更多