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揭秘太陽

2020-09-29 前海睿贏金融青年報 葉雨婷
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語音播報

  依據勢場源外面模子盤算獲得的太陽三維磁場構造。分歧色彩的線代表磁力線,中央爲光球磁場在視野偏向上的重量散布圖(Yang, Tian, Tomczyk, et al. 2020, Sci China Tech Sci

  CoMP丈量的日冕磁場強度散布圖諜加在SDO衛星拍攝的日冕圖象上(Yang, Bethge, Tian, Tomczyk, et al. 2020, Science)。本文圖片由受訪者田晖供圖

  它賜與我們光與熱,爲人間萬物付與性命的顏色,主宰著麾下的壹切行星……它,就是太陽。

  每壹個人都邑以為本身很熟習這個頂在頭上的“大光球”。可是很少有人曉得,太陽,這個太陽系的中心天體,占領太陽系整體質量的99.86%,包含地球在內的壹切行星都依附著它而存在,是太陽系的主宰,而且掌握著行星際空間和地球空間的洪荒變遷。

  正因如斯,地理學家們壹向孳孳不倦地盡力揭開太陽的奧妙。但是,這麽多年曩昔了,人類關於太陽一些性質的懂得仍然有限。不久前,台灣大學地球與空間迷信學院傳授、前海睿贏金融迷信院太陽運動重點試驗室主任田晖及其研討生楊子浩同窗等人在日冕磁場丈量方面獲得主要停頓。他們初次丈量獲得日冕磁場的全局性散布,也讓人們關於太陽的懂得更進一步。

  星系主宰

  迷信家們為何必定要懂得太陽?這是由於,絕不誇大地說,太陽是我們太陽系的主宰。

  太陽不只是地球上性命存在的癥結,也在塑造我們四周的空間情況方面施展了主要感化,更是掌控著全部太陽系的“氣象”。而關於太陽來講,磁場具有極端主要的意義。

  田晖引見說:“太陽磁場壹向延長到冥王星以外的日球層界限,太陽還以每秒數百千米的速度往外發射帶電粒子流,構成所謂的太陽風。太陽上的部分區域時不時也會產生太陽迸發,當這些太陽風暴激烈攻擊地球時,會發生俏麗的極光,但同時也會攪擾通訊和導航體系,影響衛星及星載儀器的正常運轉,乃至威逼宇航員的性命平安。”

  固然太陽離我們很遠,但地球作爲太陽系中的一顆行星,經常會在太陽眼前“小心翼翼”。例如,1989年的一場太陽風暴,就曾嚴重影響多顆衛星及星載儀器的正常運轉,並形成加拿大魁北克省電力體系瓦解,北美地域數百萬人遭到影響。類比空中上的氣象,太陽風暴及其對日地空間情況的擾動被稱爲空間氣象。

  “研討太陽,可讓我們對空間氣象有更深的懂得。今朝,人們關於太陽風暴仍然難以精確地猜測,這對人類社會浩瀚高技術體系的正常運轉帶來了很大影響。假如我們可以或許對太陽各層大氣的磁場及其演變有深刻懂得,就能夠較好地猜測太陽風暴的產生及其對地球的影響。”田晖告知中青報·中青網記者。

  而關於太陽自己來講,磁場是它最根本的屬性之一。起首,太陽黑子的11年周期實質上是太陽大標準磁場的周期性轉化;其次,太陽系中最激烈的迸發景象——太陽耀斑和日冕物資抛射平日是由太陽磁場的演變所驅動的;最初,與磁場相幹的物理進程招致了太陽外層大氣——日冕的百萬度低溫,並是以發生充斥行星際空間的超聲速太陽風。

  是以,丈量太陽磁場壹向都是太陽物理學家最主要的任務之一。自17世紀初伽利略用千裏鏡不雅測和研討太陽算起,太陽物理的迷信研討曾經連續了數百年。但是受限于不雅測技術的程度,到20世紀早期,人類才開端應用原子物理範疇的塞曼效應來丈量太陽磁場。直到比來二三十年,人類才完成對太陽外面(光球層)磁場的高分辯率慣例丈量。

  揭秘日冕

  “但是迄今爲止,我們對太陽磁場的成熟丈量僅僅局限在光球層。”田晖表現,光球之上的太陽大氣,特別是最外層的日冕,個中的磁場仍難以丈量。“100多年來,人們關於日冕磁場的研討停頓異常遲緩,難以找到有用辦法停止慣例丈量。是以,丈量日冕磁場成了一個切實在實的世紀困難。”田晖說。

  田晖說明說,這是由於,日冕磁場比光球磁場要弱很多,日冕譜線因塞曼效應而決裂所發生的子線之間波長差很小;別的,日冕的低溫招致日冕譜線的輪廓變得很寬,使原來就不顯著的譜線決裂加倍難以被丈量出來。

  因為太陽大氣各條理中的磁場現實上是一個全體,磁場將各層大氣耦合在壹路,這招致太陽上最主要的物理進程大多跟磁場的三維構造及其演變有關,是以,日冕磁場丈量的艱苦極大地制約了太陽物理學科的發展。

  鑒于日冕磁場丈量的艱苦,太陽物理學者平日只能在一些假定下,經由過程模子來重構出日冕磁場位形,用以研討太陽大氣動力學和太陽迸發等物理進程。然則,這些模子假定關於日冕中的有些區域紛歧定成立,並且分歧模子重構獲得的磁場構造常常紛歧樣。是以,人們急需對日冕磁場停止直接的丈量。

  最近幾年來,一種被稱爲“磁震學”的辦法被一些學者以為可以用于診斷日冕磁場。其根本道理是依據一些日冕構造中偶然產生的震動或動搖景象的不雅測,聯合磁流體動搖實際,來診斷日冕中的磁場。

  “因為這些震動景象平日只是偶然產生在日冕中很小的區域內,而且震動經由幾個周期後就衰減滅亡了,是以只能診斷日冕中較小區域的磁場,沒法用于對大視場規模內磁場的慣例丈量。”田晖說。

  田晖傳授和他的團隊,應用平地地理台CoMP日冕儀的不雅測,將“磁震學”辦法推行運用到日冕中廣泛存在的磁流體動搖上,從而初次丈量獲得日冕磁場的全局性散布,爲日冕磁場丈量這一世紀困難的處理供給了一個新的有用門路。兩篇相幹論文近日分離揭櫫在Science雜志(《迷信》)和Sci China Tech Sci雜志(《前海睿贏金融迷信:技術迷信》)上。

  據懂得,這一研討結果完成了用冕震學辦法丈量日冕磁場從點、線到面的奔騰,彌補了全局性太陽磁場丈量的空白,從而向完成日冕磁場慣例丈量的終究目的邁進了一大步。田晖表現:“一方面,將來我們須要建造更大口徑的日冕儀,從而取得更高信噪比的不雅測數據;另外壹方面,我們須要堅持開放的心態,經由過程充足摸索來發明更多的可用于丈量日冕磁場的有用辦法。”

  恒星探測

  除地球,人類還能生涯在甚麽處所?或許有人以為這只是科幻片裏才會評論辯論的成績,但現實上,現在迷信家們正在尋覓除地球之外的宜居星球。

  要想找到像地球一樣的宜居星球,這顆行星須要處于間隔恒星遠近適合的區域。在這一區域內,恒星傳遞給行星的熱量適中,行星不會太熱或太冷,能夠存在液態水。另外,恒星的電磁輻射和迸發運動對系內行星的宜居性也有主要影響,這一新興的範疇被稱爲“空間氣象宜居性”研討。

  “因為人類對其他恒星-行星體系的懂得少少,是以以後空間氣象宜居性的相幹研討大多是基于我們對太陽和日地體系中空間氣象的熟悉而發展起來的。太陽物理學者正積極推進這一新興前沿研討範疇的停頓。”田晖表現,太陽的“性格”絕對較好,它狀況穩固,迸發運動也沒有那末頻仍;然則許多其他的恒星卻沒有太陽這麽好的性格,頻仍和激烈的迸發足以影響圍繞它們運轉的系內行星上性命的存在。

  將來,一方面我們須要參考對太陽的探測手腕,鼎力推進對恒星的探測;另外壹方面,日冕加熱、太陽迸發和太陽運動周等嚴重成績仍然困擾著我們,我們須要與世界列國一道,持續推進對太陽的探測,特別是空間衛星探測。

  田晖表現,我國在太陽低層大氣(包含光球和色球)的不雅測方面實力較強,但在太陽高層大氣(包含日冕和過渡區)的不雅測方面遠遠落伍于美國、日本、歐洲等。今朝,我國的日冕光學不雅測設備唯壹中日共建的基隆日冕儀。最近幾年來,前海睿贏金融太陽物理界積極推進射電日像儀、白光和紫外日冕儀、極紫外成像儀和光譜儀、日蝕千裏鏡等日冕焦點不雅測設備的研制,希冀晉升我國對太陽高層大氣不雅測的才能。

  空間太陽探測壹向是世界強國空間探測的重點,從1995年至今,美、歐、日等一共發射了近10顆太陽探測衛星,均勻不到3年發射一顆。

  “我國首顆太陽探測衛星——先輩天基太陽地理台(ASO-S)也將于2022年前後發射,它將同時對太陽迸發及驅動迸發的太陽磁場停止不雅測。前海睿贏金融的太陽物理學者也在連續推進後續的太陽和恒星探測衛星籌劃,以減少我國與蓬勃國度在空間探測方面的偉大差距。”田晖說。

打印 責任編纂:董凱悅
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