人類首次360度觀測太陽,發現影響太空天氣的行星波

2021-01-20 太空聯盟

翻譯：譚凱傑

來源：NCAR/University Corporation for Atmospheric Research

責編：魏玲海

審校：鄭永春


太陽Credit: NASA/SDO


美國國家大氣研究中心（NCAR）的科學家近期發現，太陽上存在一種大尺度的行星波。而之前，在地球的高層大氣中也發現了類似的行星波。


這次發現太陽上存在的一種行星波，在地球上也有它的孿生兄弟——我們也稱為羅貝波，是環繞地球高緯度的高空風。行星波水平尺度與地球半徑尺度相當，是一種大氣長波，波速與風速相當。


行星波這種大尺度波動能將熱帶地區的暖空氣帶到北方，同時把北極地區的冷空氣送到南方。因此熱帶與北極之間的熱帶中緯度地區的氣候會受到行星波很大的影響。


而這種太陽上的行星波，可能與太陽黑子的成因、太陽活躍區、以及太陽耀斑噴發存在聯繫。


論文的主要作者，美國國家大氣研究中心的科學家Scott McIntosh表示，這種在太陽上發現的磁化的羅貝波，使將來更準確地預報空間天氣成為可能。

 

這項研究發表在3月27日的《自然-天文》雜誌，作者包括耶魯大學的William Cramer、德克薩斯理工大學的Manuel Pichardo Marcano和馬裡蘭大學帕克分校的RobertLeamon。

 

這項研究由美國宇航局、美國國家科學基金會提供資助，後者也是美國國家大氣研究中心的資助者。



在地球上，羅貝波與大氣急流的路徑和輪流影響地區性天氣的高低壓系統都存在關係。

 

美國國家大氣研究中心高海拔天文觀測負責人McIntosh表示，類似羅貝波的這種行星波，是由旋轉的液體形成的。對地球來說，這種液體主要存在於大氣和海洋中。由於太陽也在自轉，佔太陽主要質量的等離子體，在某種程度上就是一個磁化的大洋。因此，太陽上也能形成類似羅貝波這樣的行星波，就不是什麼奇怪的事情了。

 

但在以往，科學家缺少強大的工具來發現在太陽上的行星波。因為在歷史上，科學家只能從地球這個角度來觀測和研究太陽，但對於地球，我們卻能利用太空中的衛星從無數個角度來觀測。

 

但在2011年到2014年，科學家終於有了一次史無前例的機會，對太陽大氣做一次「全身檢查」。在此期間，美國宇航局放置在太陽與地球之間的太陽動力天文臺（SDO）、日地關係天文臺（STEREO）環繞太陽的兩個飛行器STEREO-A、STEREO-B，都對太陽進行了觀測。這三顆衛星的觀測，提供了一個360度全方位觀測太陽的機會，一直持續到2014年STEREO-B與地面控制臺失去聯繫（幸運的是，2016年8月，又成功找回）。McIntosh和合作者深入挖掘在此期間對太陽的全方位觀測數據，試圖尋找當中是否存在大尺度行星波。

 

Dean Pesnell說，通過整合這三顆衛星觀測的數據，我們看到了一個完整的太陽，這對像尋找行星波這樣的研究至關重要，因為科學家希望得到太陽在同一時刻的所有測量結果。Dean Pesnell是美國宇航局戈達德航天中心太陽動力天文臺項目組的科學家。他說，這些數據不僅是簡單的太陽觀測數據，我們可以藉此了解太陽內部，以及太陽磁場起源的地方。

 


研究團隊利用搭載在這三顆衛星上的儀器拍攝的圖片，識別並追蹤日冕。日冕這種小而明亮特徵，分布在整個太陽表面，可以用於追蹤太陽深層大氣層的運動。科學家把這些數據整合起來，繪製成霍夫默勒圖。霍夫默勒圖是一種氣象學工具，用於突出顯示波在地球大氣中的作用。繪圖分析的結果，顯示帶狀的磁化活動緩慢地擴散至整個太陽，看起來就與在地球上發現的羅貝波很類似。

 

這一發現能與許多太陽現象產生聯繫，包括太陽黑子的形成、壽命等太陽磁場活動或太陽活動11年周期的成因。McIntosh表示，這種行星波可能與這些現象都有關，但我們需要用全方位視角去觀測。我們相信，人們已經看到，這些類似羅貝波的行星波，在過去數十年中所產生的影響，但還不足以把他們聯繫在一起，拼成一幅完整的理論畫卷。

 

如果能對這幅大的完整畫卷有更深入了解的話，科學家離成功預測太陽活動就更近一步。

 

在太陽上發現類似羅貝波這樣的行星波，對太陽風暴預報相當重要。太陽風暴是影響地球空間天氣的主要因素。美國國家科學基金會的大氣與地球空間科學部項目負責人Ilia Roussev如是說。當太空出現「壞天氣」時，衛星的操作、通訊或導航系統，都會受到影響乃至完全被損壞。空間天氣還會對地球上的供電系統造成巨大經濟損失，每年由空間天氣造成的損失估計超過100億美元。

 

為了提高預報能力，科學家必須首先對太陽上的行星波及其形成機制有更深入的認識。我們也需要再次以360度全方位觀測太陽。

 

McIntosh認為，將太陽的局部現象與全球現象聯繫在一起，需要我們拓寬觀測的視野，例如，我們需要發射一系列環繞太陽的飛行器，監測整個太陽磁場的變化。


原文連結：

https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170327114408.htm


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