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【地理趣闻】(65)人类拍到迄今最清晰的太阳照片

    2020年1月30日,位于夏威夷的太阳望远镜捕捉到迄今为止最清晰的太阳表面图像。高清图像里,太阳仿佛是流动的黄金,展现出太阳作为等离子体复杂的结构。也为人类认识太阳和预测太阳活动,提供了更进一步的素材。 

一、太阳概貌

      太阳(Sun)是位于太阳系中心的恒星,它几乎是热等离子体与磁场交织著的一个理想球体。  太阳的直径大约是1,392,000公里,质量大约是2×10^30千克,占太阳系总质量的99.86% ,其中约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦。

 

二、外层结构

       太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流层和大气层。由于太阳外层气体的透明度极差,人类能够直接观测到的是太阳大气层,从内向外分为光球、色球和日冕3层。         

      光球层:光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑,但实际上它们的温度高达4000℃左右,倘若能把黑子单独取出,一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年。       

      色球层:紧贴光球以上的一层大气称为色球层,平时不易被观测到,过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间,人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩,那就是色球。色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同,但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。日常生活中,离热源越远处温度越低,而太阳大气的情况却截然相反,光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃,到了色球顶部温度竟高达几万度,再往上,到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解,至今也没有找到确切的原因。

       日冕:日冕的范围在色球之上,一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕里的物质更加稀薄,它还会有向外膨胀运动,并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。 

三、太阳新貌

     当地时间1月29日,位于夏威夷毛伊岛的世界最大太阳望远镜DKIST发布了首张照片。这是人类历史上最细致的一张太阳图像,表面翻滚着等离子,呈现出细胞状结构,每个结构约为得克萨斯州大小。这些等离子构成的湍流产生于明亮的太阳中心,将太阳内部的热量传输到太阳表面,冷却后再通过黑暗通道下沉,构成了一种对流。

DKIST望远镜拍摄的太阳表面细节

DKIST望远镜

   DKIST位于毛伊岛最高峰Haleakala,有意思的是,海拔3028米的Haleakala在当地意为“太阳之家”,目前还在初期测试阶段,计划在今年7月全面投用。利用当地优越的观测条件和独特的光学设计,这台4米口径的望远镜能够绘制太阳向外太空发散的磁场。太阳磁场是太阳活动的重要因素,与黑子、日珥和耀斑等都有密切关系,因而也影响到地球生活。一旦出现爆发,它可能干扰到航空飞行、造成电网瘫痪,甚至使卫星导航技术失效。预测太阳磁场,能提高人类对空间天气的理解。目前,人类的空间天气预报能力至少落后地球天气预报50年。 

      夏威夷大学马诺亚天文学研究所教授杰夫·库恩(Jeff Kuhn)认为,这是自伽利略时代以来人类地基太阳研究能力的最大飞跃,通过红外和光学技术,DKIST能揭示太阳黑子和细微的磁性特征,以及它们的磁场是如何进入太空的。太阳每秒都要燃烧约500万吨氢燃料。将镜头直接对准这样一种表面温度为6000摄氏度的星体,显然存在挑战。DKSIT望远镜的主观托马斯·李默乐(Thomas Rimmele)表示,望远镜的焦点热到能在短时间内融化金属。为了保护望远镜,科学家们制作了一个专门的冷却系统,相当于每晚制出能填满一整个游泳池的冰块,再通过11公里长的管道将冷却剂分配到整座天文台,用于白天降温。望远镜的穹顶本身则被冷却薄板覆盖,内部还有提供阴影的挡板结构。 

四、太阳倩影


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