2024年日全食:它将如何帮助科学家研究太阳

自然新闻文章 新闻ˌ消息 2024年4月3日 2024年日全食:它将如何帮助科学家研究太阳 4月8日，太阳神秘的外层大气日冕将变得更容易从地球上观察到。 作者:苏米特·库尔卡尼

北美日食路径上的观众将观看月亮穿过太阳表面并遮挡太阳圆盘，这为肉眼观察其外层大气提供了机会。 北美的研究人员正在为他们前所未有地观测太阳日冕（其稀薄的外层大气）的机会做准备。4月8日月全食期间，从墨西哥锡那罗亚到加拿大纽芬兰的数百万人都可以看到日冕，因为太阳的强光通常使肉眼看不到日冕。重要的是，这一事件与太阳活动极大期相吻合——太阳活动极大期每11年发生一次。在此期间，太阳磁场增强，产生了太阳黑子、等离子体的炽热环和日冕中令人兴奋的结构。 马里兰州格林贝尔特市美国国家航空航天局·戈达德航天中心的太阳物理学家詹姆斯·克林丘克说，太阳的外层大气因其皇冠状外观而得名，是天文学最大的未解之谜之一。几十年来，科学家们一直在挠头为什么日冕（一种从核心延伸数百万公里的热等离子体）比太阳表面热得多。“这就像你从营火旁走开一样，”克林丘克说，但你并没有降温，反而变得更暖和了。“为什么会这样？”他们也困惑于是什么赋予了日冕复杂的结构（见“皇冠上的宝石”）。

皇冠上的宝石。太阳日冕的图形标记特征。 来源:自然改编自尼古拉斯·勒弗德提供的图片 地球大约每18个月经历一次日全食。但它们的路径经常穿越偏远地区，很少有人能看到它们。上一次日全食掠过北美是在2017年。科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）的太阳物理学家马塞尔·科查多-阿尔贝洛（Marcel Corchado-Albelo）表示，观看日食“全食路径”的观众在这次日食中“不会看到和我们看到的一样的太阳”。他将于4月8日参加一项针对德克萨斯州边缘化社区的公共宣传活动。在上一次日食期间，太阳更接近其太阳活动极小期。 克林丘克说，这次日冕将“看起来复杂得多”。 模拟太阳 加利福尼亚州圣地亚哥的研究和产品开发公司Predictive Science上个月发布了日食期间可能出现的预览。包括天体物理学家库珀·唐斯在内的工作人员利用太阳表面磁场的实时卫星数据和密集的超级计算机模拟做出了这一预测。“太阳相当混乱，”唐斯说。因此，预测日冕的出现就像预测云的移动一样困难——提到云的移动是日食追逐者焦虑的来源。4月8日，云层可能会遮住日食。 该公司的预测显示，日冕由几个被称为流光的尖锐的铲状结构组成，其中日冕等离子体被磁场线紧密限制，磁场线离开太阳表面但又返回到太阳表面。流光比日冕的其他部分更明亮，因为密度较高的等离子体中的电子散射了阳光。该预测还显示了日冕洞，日冕洞是日冕流之间较暗的区域，在那里磁场线不会返回太阳，而是延伸到行星际空间。这些洞可以产生强烈的太阳风——被磁场加速的带电粒子——导致威胁地球轨道卫星的地磁风暴。 唐斯说，通过比较实际日食和模拟日食中的流光和空洞的位置，该公司的科学家将能够验证和改进他们的模型以用于未来的应用，包括空间天气预报。名人接受照相时间 因为月食期间月亮完美地遮挡了太阳圆盘——由于宇宙巧合，从地球上看太阳和月亮的大小相似——地面上的太阳物理学家，包括檀香山夏威夷大学的Shadia Habbal，将能够在下周研究太阳的色球。太阳表面上方的这层薄薄的等离子体是日珥的所在地，日珥是伸入日冕的蠕虫状等离子体细丝。哈巴尔说:“在日食期间，你可以非常清楚地看到它们。 有时，这些日珥会突然爆炸形成日冕物质抛射。在其中一次事件中，数十亿吨相对较冷（约10，000摄氏度）的太阳等离子体从太阳表面排出，并被温度超过1，000，000摄氏度的日冕笼罩。哈巴尔表示，由于太阳活动高峰期，观众很有可能看到日冕物质抛射。她补充说，日蚀提供了“弄清楚这些等离子体如何共存和相互作用的最佳机会”。 为了做到这一点，哈巴尔正在带领一个由40名研究人员组成的团队，他们配备了高速摄像机和高分辨率传感器，以捕捉日蚀黑暗期间日冕的微小变化。科学家们将分布在德克萨斯州和阿肯色州的三个地点，以最大限度地提高无云观测的机会。 高高飞翔 空中日冕发射探测器（ACES）小组并不担心云层。这些科学家将乘坐湾流V型喷气式飞机在云层上方飞行，飞行高度超过13公里。这将使它们覆盖在地球大气层中吸收红外光的水蒸气层上，并干扰它们对日冕的测量。马萨诸塞州剑桥哈佛史密森天体物理中心的天体物理学家查德·麦德森是ACES的参与者之一，他表示该团队有兴趣研究预测科学预测中的一个特别长的流光。 麦德森说，研究小组将测量流光发出的红外光，以确定日冕部分的磁场强度以及流光各部分的离子组成。（日冕中的磁场直接影响等离子体发出的红外光。) 他们的飞行将沿着穿过德克萨斯州的全食路径追逐月球的影子，将地面观众的最长观察时间增加90秒至4分30秒。 对于许多日冕科学家来说，这次日食不是他们的第一次，也可能不会是最后一次。但是每一个都有几分钟的魔力。“总是有一种期待——你不知道它会是什么样子，”哈巴尔说，她将把这算作她的第二十次日全食。“每次都不一样。” https://doi.org/10.1038/d41586-024-00973-1