科學家發布迄今為止最「高清」太陽照片:像流動的黃金

2020-12-14 騰訊網

大數據文摘出品

作者：牛婉楊

1月29日，世界上最強大的太陽望遠鏡——夏威夷Haleakala山頂上4米高的Daniel K. Inouye太陽望遠鏡(DKIST)，拍下了迄今為止太陽表面最高清的圖片，為科學家們提供了重要的細節。

高清圖像裡，太陽仿佛是流動的黃金，展現出太陽作為等離子體複雜的結構，呈現出細胞狀的結構。DKIST捕捉到的細節精確至30公裡(18英裡)寬，每個「細胞」都相當於德克薩斯州那麼大。為人類認識太陽和預測太陽活動，提供了更進一步的素材。

此圖像覆蓋36,500×36,500公裡（22,600×22,600英裡或51×51弧秒）

這些細胞樣結構是太陽劇烈運動的標誌。太陽表面翻滾著等離子，這些等離子構成的湍流，將太陽內部的熱量傳輸到太陽表面，冷卻後再通過黑暗通道下沉，構成一種對流。

這臺強大的新型太陽望遠鏡拍攝的第一批光線圖像是有史以來從地面拍攝到的最詳細的圖像，暗示著未來的發現。

「這是自伽利略時代以來人類從地面研究太陽能力的最大飛躍，對於人類來說至關重要。」夏威夷大學天文學研究所（IfA）的Jeff Kuhn說道。

兩個強大的儀器將在未來幾個月安裝。重達2噸的低溫近紅外光譜偏振計將測量恆星可見圓盤之外的太陽磁場，而有限衍射的近紅外光譜偏振計將聚焦於磁場的極端細節變化。

Kuhn表示：「這些儀器採用靈敏的紅外技術和複雜的光學器件，可以揭示黑子和小的磁性特徵，以及它們的磁力如何進入太空。我們希望藉助這些新工具來學習太陽與地球的相互作用。」

太陽每秒都要燃燒約500萬噸氫燃料。將鏡頭直接對準這樣一個表面溫度為6000攝氏度的星體，顯然存在挑戰。

DKIST總監Thomas Rimmele表示：「望遠鏡鏡面的焦點有極大熱量，能在短時間內熔化金屬。為了解決這些熱量問題，我們每天晚上都在遊泳池中裝滿冰，為白天的光學器件和結構提供冷卻。」

據悉，為了保護望遠鏡，科學家們製作了一個專門的冷卻系統，通過11公裡長的管道將冷卻劑分配到整座天文臺，用於白天降溫。望遠鏡的穹頂本身則被冷卻薄板覆蓋，內部還有提供陰影的擋板結構。

DKIST的突破及對未來的影響

總的來說，DKIST這次的突破就是在解析度上。圖中所示，在巨大的太陽面前，DKIST的拍攝範圍在中間的白框內，放大之後可以看到類似細胞的組織，每個「細胞」有德克薩斯州那麼大，而「細胞」間最小的亮點，也有曼哈頓島那麼大。

DKIST可以分辨小至30公裡的太陽表面特徵，與國家科學基金會的鄧恩太陽望遠鏡（Dunn Solar Telescope）相比，其解析度提高了5倍以上。

視頻中左邊是來自DKIST的拍攝的第一幅圖像；右邊的圖像模擬了鄧恩太陽望遠鏡在指向太陽的同一位置時所觀察到的情況。

知乎上天文學話題的優秀回答者Pjer在帖子中寫道，「DKIST可以看到前所未有的細節，不僅可以把以前就能看到的米粒組織看的更清楚，還可以看到以前看不清的米粒組織之間的亮斑。」

「邊沿黑色的網絡是磁場集中的位置，而黑色網絡中的亮區，有可能是磁場變化最活躍的位置。因為太陽大氣中都是等離子體，太陽活動太陽爆發歸根到底都是電磁力主導的磁流體動力學過程，磁場可以決定有沒有爆發，磁場也能決定爆發能量有多大。深入的研究這些精細結構的磁場，就有可能讓我們更深入的了解太陽磁場，磁場如何發展演化？它們如何存儲和釋放能量？回答這些問題幫助我們顯著提高對於太陽爆發的預測能力。」

DKIST的研究人員希望通過放大那些細胞狀的結構，了解導致太陽向太空發射強大的耀斑，從而對地球的衛星、電網和通訊造成潛在破壞的原因。科學家們希望在獲得新數據後能更好地預測這樣的事件，並提早發出預警，而不是事發前的幾分鐘才知曉。

研究人員還希望最終能夠解決困擾人們半個世紀的兩個難題：

為什麼日冕（溫度超過100萬攝氏度）比太陽表面熱那麼多？

為什麼太陽風可以從初生太陽風的10km/s加速到300km/s？

在這方面，DKIST將得到NASA的帕克太陽探測器（於2018年啟動，用於探查太陽的大氣層）和歐洲航天局的太陽軌道飛行器（將於下個月啟動，以在高緯度地區對太陽進行測量）的幫助。

更多DKIST信息請見：

https://www.nso.edu/telescopes/dki-solar-telescope/

相關報導：

https://astronomynow.com/2020/01/29/daniel-k-inouye-solar-telescope-dazzles-with-first-light-images/

https://www.sciencemag.org/news/2020/01/world-s-largest-solar-telescope-takes-its-first-shot

https://www.zhihu.com/question/368782371/answer/991835990

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