探测太阳半年多 “羲和号”卫星带回哪些秘密?

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发布时间:2022-09-18 17:58

内容提要:“‘羲和号’发射后,已经在空间首次同时获得了太阳全日面Hα谱线、Si I谱线和Fe I谱线的精细结构和光谱成像,以及几十个太阳耀斑的资料。”7月19日,在教育部“教育这十年”“1+1”系列发布会之高校科技创新改革发展成效新闻发布采访活动中,中国科学院院士、“羲和号”科学总顾问、南京大学教授方成欣喜地透露这一最新进展。

“‘羲和号’发射后,已经在空间首次同时获得了太阳全日面Hα谱线、Si I谱线和Fe I谱线的精细结构和光谱成像,以及几十个太阳耀斑的资料。”7月19日,在教育部“教育这十年”“1+1”系列发布会之高校科技创新改革发展成效新闻发布采访活动中,中国科学院院士、“羲和号”科学总顾问、南京大学教授方成欣喜地透露这一最新进展。

“羲和号”全名“太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星”,于2021年10月14日发射升空。“羲和号”的升空打破了我国无太阳探测专用卫星的历史。

“我们现在也已经开始规划对太阳的立体探测,从不同的角度看太阳。例如已经启动了对‘羲和二号’的预研,准备用5年的时间,将其发射到拉格朗日点的L5点,那里太阳与地球的引力相当,卫星可以从侧面来观测太阳。另外,国内太阳物理界还拟再用不到5年的时间发射‘羲和三号’,对太阳的南北极进行观测。”方成说。

首次在太空观测到Si I谱线完整的轮廓

方成介绍,“羲和号”的高光谱分辨率和高时间分辨率的观测,可以为太阳光球和色球做深度“CT”扫描。作为卫星主要的科学载荷,Hα光谱成像仪是太阳的专属“摄影师”。它可在46秒的时间内完成4600余步全日面扫描,获得超过1600万个点的光谱信息,并获得300余个波长点的太阳图像。这些光谱潜藏着太阳光球和色球不同层次的大气信息。

2021年10月24日零时52分,“羲和号”正式“睁开双眼”,实现了初光观测。

“值得一提的是,Hα光谱成像仪的像元光谱分辨率达到0.024埃,这比地面滤光器的分辨率提高了约10倍,能够获得更加精确的谱线信息。”“羲和号”科学与应用系统总设计师、南京大学天文与空间科学学院教授李川告诉科技日报记者。

观测中,“羲和号”首次获得太阳Hα谱线、Si I谱线和Fe I谱线的谱线轮廓。

方成介绍,太阳Hα谱线、Si I谱线和Fe I谱线是在太阳大气不同的高度产生的。其中Hα谱线是太阳活动在太阳低层大气中响应最强的谱线,Hα谱线线心形成在距离光球层最底部1300公里—1500公里左右,可以反映太阳色球层的信息,线翼反映了太阳光球层的信息;Si I谱线形成在距离太阳光球层最底部约五六十公里;Fe I谱线形成于距离光球层底部二三百公里。

“分析三条谱线的信息,可以揭示不同高度的太阳大气物理量分布。”方成说。

与众不同的是,以往在地面观测时,Si I谱线被地球大气的水分子谱线掩盖,所以难以捕捉。而空间谱线信息不受地球大气影响,“羲和号”实现了在国际上首次直接观测到Si I完整的谱线轮廓。

“获得Si I谱线后,就可以将其与其他谱线结合,反演计算出太阳大气的温度、密度,从而帮助我们研究太阳的大气结构。”方成说。

全日面多普勒速度场精度高,相当于拿放大镜看太阳活动过程

除了全日面光谱成像,“羲和号”还可以根据太阳活动情况,进行局部日面光谱成像和定点光谱观测。

方成介绍,“羲和号”可获得日面任一点的Hα谱线精细轮廓,因而能反演高精度的全日面色球多普勒速度场,这是以往观测从未实现的。同时,“羲和号”也获得了高精度的全日面光球多普勒速度场。通过像元光谱分辨率和谱线轮廓拟合分析,得到速度场精度优于0.06千米/秒。

这个数字有何意义?李川解释,太阳对人类的影响特别表现在时有发生的耀斑和日冕物质抛射现象上。耀斑是太阳局部突然增亮的爆发活动。一个中等强度的耀斑,可发射出从伽马射线到无线电波段的强大辐射,总能量相当于约10亿—100亿个原子弹爆炸。日冕物质抛射则是太阳上大规模物质爆发的现象,一次爆发能把约1亿—10亿吨物质抛射到行星际空间。

“太阳爆发抛射的物质,在太空中运动速度很快,往往每秒数百公里到一两千公里,而速度也反映了物质的动能和受力情况。0.06千米/秒的精度,相当于拿着放大镜看太阳活动的过程,进而了解这些爆发活动触发的原因和传播的过程。”李川表示。

目前,“羲和号”每天会产生约1.2Tb的原始数据,科研团队在初步分析后,会将其生成为可供科学家直接使用的科学数据。

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