太陽黑子爆發(fā)究竟什么樣?給太陽做個CT吧

88NASA觀測到的一次大規(guī)模太陽風暴

地球上的一切生命活動都與太陽息息相關。

太陽就像一個進入更年期的父母,平時很寧靜,我們稱之為“寧靜的太陽”,有時也很暴躁,我們稱之為“活動的太陽”。

寧靜的太陽為我們提供光和熱,促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、推動氣候變化;活動的太陽則有大量的太陽活動并伴隨著如日冕物質(zhì)拋射、質(zhì)子事件等對我們生產(chǎn)生活造成危害的事件發(fā)生,對我們的生活起到負面的作用。

“暴躁”的太陽
物質(zhì)拋射時,有大量的帶電粒子被拋入太空,若是朝著地球的方向進行物質(zhì)拋射,則大量帶電粒子會對地球上高壓輸電、輸油管道、無線通信、航空航天等等造成重大影響。
著名的“魁北克事件”,“萬圣節(jié)事件”,都是太陽活動對人類生活和財產(chǎn)造成重大損失的例證。另外,近年來因為太陽活動導致航天器故障的事件也屢見不鮮,國內(nèi)外的衛(wèi)星故障分析表明,在所有衛(wèi)星故障中,太陽風暴誘發(fā)的故障約占40%

 

11太陽活動對人類的影響

現(xiàn)代太陽物理理論認為,太陽是一顆基本穩(wěn)定的恒星,它的輻射總量(其中大部分是可見光)變化很小。然而,它的外層大氣由于受到太陽磁場的支配,處于局部的激烈運動中,稱為太陽活動。從某種意義上說,太陽活動可以通俗地比喻為太陽的“天氣變化”。

 

我們不禁要想,能不能像天氣預報一樣,預測太陽活動的爆發(fā)呢?

太陽多波段層析成像

22太陽活動模型

要想對太陽大氣進行天氣預報,就需要模型和積累的數(shù)據(jù),獲得數(shù)據(jù)的有效方式就是對太陽進行觀測。

目前,世界上有諸多太陽望遠鏡,國內(nèi)也有不少各種口徑的太陽望遠鏡,通過這些望遠鏡,科學家們積累了大量的觀測數(shù)據(jù),可是,我們?yōu)槭裁催要開展多波段成像觀測呢?這就要談到太陽大氣的結構了。

太陽大氣是一個層狀結構,整個太陽分為好幾層,由內(nèi)而外可分為光球層、色球層和日冕。光球位于太陽大氣的最底層,是一層不透明的氣體薄層,厚度在500km左右。我們通?吹降奶栞喞獙嶋H上就是太陽光球層。

 

在光球層外面2000km是色球層。色球層只輻射約1%的可見光能量,通常情況下很難看到,但是色球上可以看到譜斑,有時候譜斑迅速增強,就會形成耀斑。

再往外層空間就是日冕,厚度幾百萬公里以上,由很稀薄的完全電離的等離子體組成。等離子體主要是質(zhì)子、高度電離的離子和高速的自由電子。

在太陽的輻射譜中,有許多譜線,有發(fā)射線,也有吸收線。這些譜線都不是無限窄的,總有一定的寬度。

不同的譜線或同一譜線輪廓上的不同部位,是在太陽大氣的不同高度形成的,通過研究這些譜線可以獲得一些重要的信息,有助于探求和建立太陽光球、色球和日冕的大氣模型。

說到這里,大家應該明白為什么要對太陽進行多波段同時觀測了吧。

太陽光的不同波長來自于太陽大氣的不同層,同時記錄太陽光不同波段的圖像,就是對太陽的多波段層析成像,相當于給太陽做CT,可以清楚的了解太陽活動的演化過程,也就有可能在日冕物質(zhì)拋射和質(zhì)子事件等危害性太陽活動發(fā)生之前,做出預警。

獲取的觀測數(shù)據(jù)對建立太陽大氣模型提供了數(shù)據(jù)支撐,這樣天氣預報需要的模型和數(shù)據(jù)都有了,就可以實現(xiàn)較為準確的空間天氣預報了。

33太陽活動預警模型

多波段層析成像觀測結果
中國科學院光電技術研究所研制的7波段太陽層析成像系統(tǒng),是目前世界上波段最多的多波段層析成像系統(tǒng),其探測波長涵蓋了太陽的光球層、色球層底部、色球層中部和色球層頂部。其中4305 Å(編者注:Å為光的波長單位,讀“埃”,1Å=0.1nm)、5550 Å、7057 Å和15653 Å對應太陽光球層;6562.81 Å的氫原子吸收線和8542.1 Å的Ca II 吸收線,對應色球層中部;10830 Å是He吸收線,對應色球層頂部。

 

在這之中,最窄的濾光器帶寬只有12.5皮米(10^-12米),在隨后的觀測中,5500 Å 波段可以切換成通過帶寬僅有3個皮米、對應色球層底部的5890 Å原子濾光器。

目前該設備已經(jīng)與云南天文臺1米新紅外太陽望遠鏡對接,并進行常規(guī)觀測。

44太陽多波段層析成像結果

55活動區(qū)AR 2529光球層的高分辨率演化圖(TiO: 7057Å, 7Å)

66活動區(qū)AR 2529色球層的高分辨率演化圖(Hα: 6563Å, 0.25Å)

AR 2529是近期出現(xiàn)在日面上的較大活動區(qū),光電所太陽大氣高分辨力層析成像研究團隊利用自適應光學技術實時補償大氣湍流引起的波前畸變,使成像系統(tǒng)的分辨力接近1米太陽望遠鏡的衍射極限;同時利用多波段層析成像技術,獲取太陽大氣不同高度的圖像信息。

活動區(qū)AR 2529近期有多次小耀斑的爆發(fā),一直處于活躍狀態(tài)。

在2016年4月12日面積達到最大,約為20個地球的面積總和。

4月18日00:29 (UTC),產(chǎn)生了一個M6.7級的耀斑。

科學大院_太陽活動活動區(qū)AR 2529于4月16日05:05(UTC)爆發(fā)的小耀斑

太陽活動區(qū)在不同層具有不同的表現(xiàn)形式,在光球層表現(xiàn)為太陽黑子,具有本影、半影等精細結構;在色球層表現(xiàn)為暗條、譜斑等;在日冕表現(xiàn)為大尺度的爆發(fā)現(xiàn)象。

在太陽黑子上局部亮區(qū)域即為譜斑,譜斑亮度的突然增強,就會形成耀斑。它能在短時間內(nèi)釋放大量能量,引起局部區(qū)域瞬時加熱,向外發(fā)射各種電磁輻射,并伴隨粒子輻射突然增加,形成太陽風暴,影響日地之間的空間環(huán)境,對衛(wèi)星、無線電通信和地面高壓輸電等技術系統(tǒng)帶來多種影響和危害。

責編:微科普

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