原来望远镜里的太阳长这样,NASA拨开太阳面纱,看到更深处的秘密

在宇宙中,没有哪一颗恒星比太阳更容易看到了。它是我们平时生活中能看见的最亮的天体,也是距离我们最近的恒星,还陪伴地球经历了45亿年的岁月。可是,即使是对于这样观测起来绝佳的天体,我们的所知仍然非常有限,甚至可以说少得可怜……

(不要走开,文末有彩蛋)

小的时候老师和家长就告诉我们:千万不要用眼睛直视太阳,否则一定会失明——其实他们不说,也没有人能真的直视太阳。虽然宇宙中充斥着大量非常暗的天体,给天文学家的探测带来了非常大的困难,但太阳如此之明亮,同样让我们难以观测。

(图片说明:延伸数百万公里的太阳日冕层,只有日全食的时候才能看到它的壮观)

为此,天文学家们不得不借助非常先进的望远镜,来了解这个“最熟悉的陌生人”。

高分辨率日冕成像仪

2012年,NASA的高分辨率日冕成像仪(High Resolution Coronal Imager,简称Hi-c)在新墨西哥州白沙导弹试验场发射升空,带着自己的使命运行在地球的上空。

这台搭载着最先进探测设备的望远镜,重量约为210公斤,长3米左右。据介绍,Hi-c的分辨率可以达到分辨率为0.1弧秒/像素,比之前的太阳动力学观测台的分辨率高14倍。

(图片说明:Hi-c的结构示意图)

顾名思义,Hi-c的主要工作之一,就是对太阳的日冕进行详细的观测。本就扑朔迷离的太阳,在日冕层的“身后”,更加蒙上了一层神秘的面纱。

中央兰开夏大学(University of Central Lancashire,简称UCLan)的太阳物理学教授Robert Walsh在介绍Hi-c的观测能力时,作了一个有趣的比喻:我们现在观测太阳就像是在看一场标清的足球比赛视频,整片球场只是一片绿油油的场地。但是在Hi-c的观测下,我们的观测技术达到了超高清,可以看到球场上每一根草的细节。

(图片说明:太阳日珥的模拟动画)

科罗拉多大学博尔德分校太阳物理学家 Motchil Molnar 则称赞称:“这将是一场了解太阳的革命。”

正是通过这样强大的技术,我们才可以更好地观测和了解太阳日冕层。

最熟悉的“陌生人”

日冕是太阳最外层的结构,我们通常所说的太阳半径69.6万公里,其实不包括日冕,而是到日冕下面的色球层。在肉眼的情况下,我们是看不到日冕的,只有在日全食或者借助日冕仪的情况下才能看到它。

(图片说明:2015年5月时NASA公布的太阳表面壮观的日冕环合成图片)

科学家发现:太阳的日冕层延伸范围极广,可以达到数百万公里以上。更神奇的是,虽然日冕层相对更远离太阳中心,温度却反而比内侧的色球层和光球场更高。通常光球层的温度只有5500K左右,而日冕层竟然可以高达上百万摄氏度。

对于天文学家来说,日冕层的未解之谜远远不止这些。它就像太阳的一层轻薄的面纱,虽然不会完全遮挡住太阳,却让我们总是看得不够清晰。因此,才有了Hi-c的发射升空,为科学家们带来最高清的太阳图片,揭开太阳神秘的面纱。

掀起太阳的盖头来

Hi-c不仅看得细,而且看得深。它能够掀起太阳的“盖头”,看到太阳表面以下的庐山真面目。

最近Hi-c发布了一张高清图片,向我们展示了前所未有的太阳细节。

这张照片展示了我们从未见到过的太阳,揭示了太阳复杂的大气层结构。图中画黑框的位置,曾被天文学家认为是一片空旷的黑暗区域。但是,在Hi-c敏锐的镜头下,一切秘密暴露得一览无余。

科学家如今发现,这片区域里一缕缕的高温电离气体线。这些电离气体线状结构每一条都长达500多公里,温度高达100万摄氏度。但是,它们究竟是如何产生的,对于太阳有什么样的意义,目前仍然是未知的。

据美国宇航局MSFC的Hi-C首席研究人员Amy Winebarger博士介绍:“Hi-c传回的这些图像非常宝贵,让我们更加了解太阳的大气层。再加上太阳探测器(帕克)和太阳轨道载具(SolarOrbiter,简称solO)等任务,在不久的将来,这些由天基探测仪器组成的编队,将以全新的视角揭示太阳的外侧大气层的动态变化。”

太阳的“毛孔”

除了上述太阳望远镜之外,还有一台设备不得不提,那就是丹尼尔·井上太阳望远镜(Daniel K. Inouye Solar Telescope ,简称DKIST)。

(图片说明:丹尼尔·井上太阳望远镜)

DKIST位于夏威夷毛伊岛哈雷阿卡拉天文台,可以观测可见光到近红外波长的太阳,并有一个4.24米的主镜。它拥有着极强的观测能力,能纠正大气扭曲和太阳图像的模糊,对于这颗距离我们1.5亿公里的宿主恒星,DKIST可以达到20公里的分辨率。

2010年,DKIST被批准建造,并于2019年完成建设,今年年初的时候,它就以极高的效率公布了人类历史上最高清的太阳照片。

高分辨率图像告诉我们,天空中那颗黄色的“火球”,虽然看起来好像很光滑,其实表面布满了这样的“细胞”结构。别看这些斑块很小的样子,其实几乎每一块都比青海省的面积更大。

据介绍,这些细胞结构都是太阳下方热量传递到表面时所产生的对流的结果。炽热的等离子体从明亮的中心升起,然后冷却降温,然后下陷,就形成了黑色的纹路。

让人又爱又怕的太阳

没有太阳,地球什么都不是,这是我们都懂得的一个道理。太阳是万物之源,万物之本,对于生命有着至关重要的作用。

可是,我们又如此害怕太阳,因为它如此恐怖。我们知道,太阳的核心就是一个超级巨大的核弹,每时每刻都在发生着剧烈的核聚变反应。我们当然不需要担心它会直接炸伤我们,但是它所产生的太阳活动,却时时刻刻威胁着我们。

太阳活动对于电子设备的扰乱,已经是对人类最轻的伤害了。如果哪一天太阳真的来一次超级活动,恐怕强大的辐射会给人类带来难以想象的灾难。

正因如此,我们才不得不持续投入精力去研究太阳,确保它在哺育地球生物的同时不会突然性情大变,化身为恶魔。

同时,恒星是宇宙中最常见的天体,是人类了解宇宙的基础,而太阳又是人类了解恒星的绝佳对象。把握这样一个机会,了解恒星的发展和演化,我们才能知道自己何去何从。

和宇宙中很多阴暗的天体不同,太阳反其道行之,以耀眼的光芒让我们难以观测,只有通过望远镜等设备才能深入了解它的秘密。如何穿破重重迷雾,挖掘太阳最核心的秘密,将是留给科学家的一大难题。

(彩蛋:最近,中国科学院光电技术研究所宣布,该所太阳高分辨率成像技术研究团队成功研制1.8米太阳望远镜。据介绍,这台望远镜是仅次于丹尼尔·井上太阳望远镜的第二大太阳望远镜。未来,我国还将发射先进天基太阳天文台卫星,和世界各国科学家一起“剖开”太阳,看到最深处的秘密。)

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