在宇宙中,沒有哪一顆恒星比太陽更容易看到了。它是我們平時生活中能看見的最亮的天體,也是距離我們最近的恒星,還陪伴地球經曆了45億年的歲月。可是,即使是對于這樣觀測起來絕佳的天體,我們的所知仍然非常有限,甚至可以說少得可憐……
(不要走開,文末有彩蛋)
小的時候老師和家長就告訴我們:千萬不要用眼睛直視太陽,否則一定會失明——其實他們不說,也沒有人能真的直視太陽。雖然宇宙中充斥着大量非常暗的天體,給天文學家的探測帶來了非常大的困難,但太陽如此之明亮,同樣讓我們難以觀測。
(圖片說明:延伸數百萬公裡的太陽日冕層,隻有日全食的時候才能看到它的壯觀)
為此,天文學家們不得不借助非常先進的望遠鏡,來了解這個“最熟悉的陌生人”。
高分辨率日冕成像儀2012年,NASA的高分辨率日冕成像儀(High Resolution Coronal Imager,簡稱Hi-c)在新墨西哥州白沙導彈試驗場發射升空,帶着自己的使命運行在地球的上空。
這台搭載着最先進探測設備的望遠鏡,重量約為210公斤,長3米左右。據介紹,Hi-c的分辨率可以達到分辨率為0.1弧秒/像素,比之前的太陽動力學觀測台的分辨率高14倍。
(圖片說明:Hi-c的結構示意圖)
顧名思義,Hi-c的主要工作之一,就是對太陽的日冕進行詳細的觀測。本就撲朔迷離的太陽,在日冕層的“身後”,更加蒙上了一層神秘的面紗。
中央蘭開夏大學(University of Central Lancashire,簡稱UCLan)的太陽物理學教授Robert Walsh在介紹Hi-c的觀測能力時,作了一個有趣的比喻:我們現在觀測太陽就像是在看一場标清的足球比賽視頻,整片球場隻是一片綠油油的場地。但是在Hi-c的觀測下,我們的觀測技術達到了超高清,可以看到球場上每一根草的細節。
(圖片說明:太陽日珥的模拟動畫)
科羅拉多大學博爾德分校太陽物理學家 Motchil Molnar 則稱贊稱:“這将是一場了解太陽的革命。”
正是通過這樣強大的技術,我們才可以更好地觀測和了解太陽日冕層。
最熟悉的“陌生人”日冕是太陽最外層的結構,我們通常所說的太陽半徑69.6萬公裡,其實不包括日冕,而是到日冕下面的色球層。在肉眼的情況下,我們是看不到日冕的,隻有在日全食或者借助日冕儀的情況下才能看到它。
(圖片說明:2015年5月時NASA公布的太陽表面壯觀的日冕環合成圖片)
科學家發現:太陽的日冕層延伸範圍極廣,可以達到數百萬公裡以上。更神奇的是,雖然日冕層相對更遠離太陽中心,溫度卻反而比内側的色球層和光球場更高。通常光球層的溫度隻有5500K左右,而日冕層竟然可以高達上百萬攝氏度。
對于天文學家來說,日冕層的未解之謎遠遠不止這些。它就像太陽的一層輕薄的面紗,雖然不會完全遮擋住太陽,卻讓我們總是看得不夠清晰。因此,才有了Hi-c的發射升空,為科學家們帶來最高清的太陽圖片,揭開太陽神秘的面紗。
掀起太陽的蓋頭來Hi-c不僅看得細,而且看得深。它能夠掀起太陽的“蓋頭”,看到太陽表面以下的廬山真面目。
最近Hi-c發布了一張高清圖片,向我們展示了前所未有的太陽細節。
這張照片展示了我們從未見到過的太陽,揭示了太陽複雜的大氣層結構。圖中畫黑框的位置,曾被天文學家認為是一片空曠的黑暗區域。但是,在Hi-c敏銳的鏡頭下,一切秘密暴露得一覽無餘。
科學家如今發現,這片區域裡一縷縷的高溫電離氣體線。這些電離氣體線狀結構每一條都長達500多公裡,溫度高達100萬攝氏度。但是,它們究竟是如何産生的,對于太陽有什麼樣的意義,目前仍然是未知的。
據美國宇航局MSFC的Hi-C首席研究人員Amy Winebarger博士介紹:“Hi-c傳回的這些圖像非常寶貴,讓我們更加了解太陽的大氣層。再加上太陽探測器(帕克)和太陽軌道載具(SolarOrbiter,簡稱solO)等任務,在不久的将來,這些由天基探測儀器組成的編隊,将以全新的視角揭示太陽的外側大氣層的動态變化。”
太陽的“毛孔”除了上述太陽望遠鏡之外,還有一台設備不得不提,那就是丹尼爾·井上太陽望遠鏡(Daniel K. Inouye Solar Telescope ,簡稱DKIST)。
(圖片說明:丹尼爾·井上太陽望遠鏡)
DKIST位于夏威夷毛伊島哈雷阿卡拉天文台,可以觀測可見光到近紅外波長的太陽,并有一個4.24米的主鏡。它擁有着極強的觀測能力,能糾正大氣扭曲和太陽圖像的模糊,對于這顆距離我們1.5億公裡的宿主恒星,DKIST可以達到20公裡的分辨率。
2010年,DKIST被批準建造,并于2019年完成建設,今年年初的時候,它就以極高的效率公布了人類曆史上最高清的太陽照片。
高分辨率圖像告訴我們,天空中那顆黃色的“火球”,雖然看起來好像很光滑,其實表面布滿了這樣的“細胞”結構。别看這些斑塊很小的樣子,其實幾乎每一塊都比青海省的面積更大。
據介紹,這些細胞結構都是太陽下方熱量傳遞到表面時所産生的對流的結果。熾熱的等離子體從明亮的中心升起,然後冷卻降溫,然後下陷,就形成了黑色的紋路。
沒有太陽,地球什麼都不是,這是我們都懂得的一個道理。太陽是萬物之源,萬物之本,對于生命有着至關重要的作用。
可是,我們又如此害怕太陽,因為它如此恐怖。我們知道,太陽的核心就是一個超級巨大的核彈,每時每刻都在發生着劇烈的核聚變反應。我們當然不需要擔心它會直接炸傷我們,但是它所産生的太陽活動,卻時時刻刻威脅着我們。
太陽活動對于電子設備的擾亂,已經是對人類最輕的傷害了。如果哪一天太陽真的來一次超級活動,恐怕強大的輻射會給人類帶來難以想象的災難。
正因如此,我們才不得不持續投入精力去研究太陽,确保它在哺育地球生物的同時不會突然性情大變,化身為惡魔。
同時,恒星是宇宙中最常見的天體,是人類了解宇宙的基礎,而太陽又是人類了解恒星的絕佳對象。把握這樣一個機會,了解恒星的發展和演化,我們才能知道自己何去何從。
和宇宙中很多陰暗的天體不同,太陽反其道行之,以耀眼的光芒讓我們難以觀測,隻有通過望遠鏡等設備才能深入了解它的秘密。如何穿破重重迷霧,挖掘太陽最核心的秘密,将是留給科學家的一大難題。
(彩蛋:最近,中國科學院光電技術研究所宣布,該所太陽高分辨率成像技術研究團隊成功研制1.8米太陽望遠鏡。據介紹,這台望遠鏡是僅次于丹尼爾·井上太陽望遠鏡的第二大太陽望遠鏡。未來,我國還将發射先進天基太陽天文台衛星,和世界各國科學家一起“剖開”太陽,看到最深處的秘密。)
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