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:如何三维立体探测太阳?
首页> 科普频道> 天文前沿 > 正文

如何三维立体探测太阳?

来源:光明网2021-08-17 11:39

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  常言道“万物生长靠太阳”,可以说,地球上的一切能源都是直接或间接的来源于太阳。人类的进步离不开太阳,太阳造福着人类,而太阳的剧烈活动也可能给人类带来灾难,对航天器、导航、通信、长距离电力输送等都有严重的影响。

  太阳活动最主要的表现为耀斑和日冕物质抛射,本质为太阳磁场变化而引起的能量释放、物质团迅速运动、高能粒子发射和相应的辐射增强。为了能够很好的理解太阳辐射,为空间活动提供预报预警,就需要对太阳进行三维探测。

  射电爆发是这些太阳剧烈活动的即时反应,能够无缝隙地提供太阳扰动在整个日地范围内信息。因此在无线电波段进行射电观测是研究太阳活动及其对日地空间环境影响的一个十分重要的手段。

如何三维立体探测太阳?

图1. 不同观测频率对应的太阳空间分布(图源:颜毅华)

  太阳及其喷射出的物质,填充了整个太阳系,涵盖了从太阳表面到地球附近,甚至整个太阳系空间。上图表明了在不同观测频率下观测到太阳的不同部分。在不同频率下相当于观测到了太阳不同的层次,类似于去剥一个“洋葱”,频率越低,观测的层次约靠外,频率越高,约接近太阳表面,直到可见光波段,看到太阳光球层,也就是大家肉眼可见的太阳。为了能够在三维上对太阳进行解析,构建数字化太阳,就必须在射电波段进行探测。

  在从日心向外的方向上,可以利用不同的射电频率观测,综合其不同的层次得到完成的太阳数据。在日地连线的方向上,需要采用干涉成像的方法来得到两维的射电图像。一般的射电望远镜的空间分辨率可以近似表述为:1.22λ/D,其中λ为观测波长,D为望远镜口径。因为射电波段的波长远远大于光学波段,单一的大口径天线也无法得到较好的空间分辨。

  因此,一般会采用综合孔径成像的方法来实现,通过测量太阳信号到达各个天线的相位差来反求太阳亮度分布,专门对太阳观测的射电干涉阵列也称之为“射电日像仪”。关于太阳射电探测技术的内容可见《太阳射电天文学的观测技术》(陈林杰),《太阳射电成像的数字相关器》(刘飞)。

  与其它的射电源不同,太阳辐射具有一些独特之处,使得射电日像仪系统有着独特的设计要求。

  信号的快变性,信号的变化时标最快可达毫秒级。要求成像观测只能工作在快照模式,无法通过长时间积分提高信噪比;还要求同时多频率通道探测,实现类似于“CT”般的成像观测。

  展源特性,太阳大概是个32角分的面源,根据单口径天线视场公式,为了罩住全日面,天线口径不能太大。例如日本野边山日像仪的口径仅为80cm。

  信号的大动态性。不同频率下,太阳的信号动态范围很大,例如在厘米分米波段,要求接收系统的动态范围大于30dB。

  中科院国家天文台在明安图观测基地建立的明安图射电频日像仪(MUSER),就是可以实现太阳三维立体探测的一个射电成像望远镜,具备快速多通道对太阳的二维成像观测能力。

如何三维立体探测太阳?

图2. 明安图射电频谱日像仪(MUSER)(图源:颜毅华 摄)

  由射电日像仪获得太阳观测二维图像后,对这些不同频率的分层图像进行处理与三维(3D)重构,对二维图像中的特征点搜索,直观展现太阳不同高度层,给出有效的科学数据展现办法,实现太阳三维立体空间展示。

如何三维立体探测太阳?

图3. MUSER多通道观测的太阳爆发(图源:Chen, Yan, Tan, et al.ApJ, 2019)

  作者简介:王威,中国科学院国家天文台高级工程,明安图观测基地站长,主要研究方向为射电望远镜校准方法,射电天文数据处理和图像处理方法等。

  文稿编辑:赵宇豪、柒柒

[ 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

  • 巾帼共绘新时代

  • “世界市长对话·敦煌”活动外国嘉宾参访敦煌

独家策划

推荐阅读
十多位国内外医学“大咖”在接受“新华深读”栏目采访时表示:结节检出率升高,核心原因是检查设备精度的显著提升,让过去难以发现的微小结节“无所遁形”。随着医学影像技术的进步和体检普及度的提升,甲状腺、乳腺及肺结节的检出率呈上升趋势。
2025-10-13 10:26
现有将聚合物转化为金属或陶瓷的技术,往往会导致材料多孔、强度不足,而且部件会出现严重收缩,导致变形。这种3D打印工艺实现了从“制造零件”到“生长功能”的跨越,有望为航空航天、生物医疗、机器人等领域带来新的变革。
2025-10-13 10:24
一个国际科研团队在9日出版的《天体物理学杂志》上发表研究称,他们首次拍摄到两个黑洞相互环绕运行的无线电影像。由芬兰图尔库大学天文学家领衔的研究团队,瞄准一个异常明亮的星系核心中心区域名为OJ287的类星体,成功拍摄到其中两个黑洞相互绕行的珍贵画面。
2025-10-13 10:23
作为深远海风电产业链的“链主”企业,运达能源科技集团股份有限公司(以下简称“运达能源科技集团”)见证并引领了中国风电从无到有、从弱到强的全过程。2024年,中国风电新增装机容量达79.8GW,占全球新增装机总量的68.2%,这意味着,全球每新增3台风机,就有近2台落地中国。
2025-10-13 10:22
10月14日,一场赏心悦目的木星伴月将在凌晨上演,为初秋天宇增添一抹诗意。木星是一颗气态行星,也是太阳系中个头最大的行星,虽然距离地球比较远,但由于个头大,从地球上看起来非常明亮。
2025-10-13 10:19
团队进一步提出了跨平台系统设计方法论,包含二维-CMOS电路协同设计、二维-CMOS跨平台接口设计等,并将这一系统集成框架命名为“长缨(CY-01)”架构。据了解,团队下一步计划建立实验基地,与相关机构合作,建立自主主导的工程化项目,并计划用3至5年时间将项目集成到兆量级水平。
2025-10-13 10:18
日前,位于浙江杭州的国家重大科技基础设施——超重力离心模拟与实验装置的核心设备正式启用。
2025-10-11 09:44
近日,中国科学院广州地球化学研究所与国际合作团队在国际学术期刊《自然·地球科学》发表论文指出,海洋硫酸盐浓度的变化能够改变甲烷的消耗方式。
2025-10-11 09:43
著名科幻作家刘慈欣在小说《诗云》中曾描写过“微型白洞”,让很多人浮想联翩。有趣的是,白洞和黑洞在数学上是同一个“解”——它们的质量、角动量、电荷都相同,唯一的区别是时间反了过来。
2025-10-11 09:40
“金钉子”是定义和区别全球不同年代所形成的地层的“锚点”,用来划分全球地质年代界线。
2025-10-11 09:38
植物生长不仅依赖阳光雨露,更与土壤中“看不见的世界”密不可分——这里生活着大量微生物,它们附着在根系上,帮助植物吸收养分、抵抗逆境。
2025-10-11 09:32
5年来,坚持把创新摆在国家发展全局的突出位置,我国科技事业取得历史性成就、发生历史性变革,国家综合创新能力排名由2020年的第14位提升至2024年的第10位。
2025-10-10 10:16
在人工智能(AI)与神经科学的强强联合下,美国加州大学旧金山分校与艾伦研究所团队联合开发出一种名为CellTransformer的AI模型,助力绘制出目前最精细的小鼠脑图,共包含1300个脑区及亚区。
2025-10-10 10:13
美国麻省理工学院研究团队结合模拟计算与机器学习,研制出一种新型3D打印铝合金,不仅耐高温,强度更是传统铸造铝合金的5倍,且比未经机器学习辅助设计的合金强度高出50%。
2025-10-10 10:10
连日来,北方气温骤降,不少秋冬季独有的养生方式和健康说法随之而来,有些操作或说法听起来科学健康,但权威专家表示,如果开展不当反而会带来健康风险。
2025-10-10 10:07
国家粮食和物资储备局8日印发通知,对有效应对部分地区连阴雨天气影响、进一步做好秋粮产后服务和收购工作作出安排部署。
2025-10-10 09:55
甲烷的“寿命”与浓度变化的规律性,指向一个结论:火星上必然存在持续产甲烷的源头,且其“产量”会随季节变化。蛇纹石化反应虽能解释甲烷的持续存在,却无法说明其浓度的季节性动态变化,难以单独作为火星甲烷的主要来源。
2025-10-09 10:18
国庆假期,中国科技馆推出“双节共欢聚,科技乐翻天”系列主题科普活动、华夏科技学堂国庆特别活动、特效影院VR大空间沉浸体验、人工智能互动应用,与新开放的海洋展厅一起,为观众打造一场科普盛宴。
2025-10-09 10:17
对采集的891份浮选样品进行分析与鉴定,共获得约3.2万粒炭化植物遗存,发现的农作物种类有粟、黍、水稻、大豆与小豆。研究团队对东亚地区140余处考古遗址出土的小豆遗存进行比较,发现黄河流域、日本与韩国的小豆在不同阶段表现出差异明显的演化轨迹。
2025-10-09 10:16
”  一次和邻村牧民闲聊时,王海强得知有人靠卖草捆赚钱,心思顿时活络起来。据统计,今年科右前旗像王海强、宝音这样以卖草为主的牧民有150余户,草产品销售总额预计突破2000万元。
2025-10-09 10:15
加载更多