科學家們是怎麼利用NASA的數據來預測某個日期出現的日食的？

2020-09-05 天文在線

隨著日落的臨近，成千上萬的智利和阿根廷人仰望天空，等待月亮的影子將他們投射到瞬間的黑暗中。他們知道日全食就要來了，於是開始計時。

但一小群科學家熱切地關注著，原因卻不同。他們已經對日食本身的樣子有了一個想法:幾天前，他們利用美國宇航局的數據，預測了日冕(太陽珍珠般的外層大氣)將如何實際出現在地面上。他們迫不及待地想看看自己的預測是否成立。

預測日全食將在何時何地發生是很簡單的。但是日食也是一個測試日冕結構的複雜預測能力的機會，日冕結構不斷變化，它會向整個太陽系釋放出被稱為太陽風的超熱氣體。這種不斷的外流形成了我們稱之為太空天氣的動態空間條件。日冕模型是更好地理解並最終預測太空天氣的關鍵部分，而太空天氣會影響衛星、太空人以及無線電和GPS等日常技術。

通過將他們的預測與地面拍攝的日食照片進行對比，研究人員可以評估並改進他們的模型的性能。他們的預測也使一些日食科學家能夠提前集中他們的實驗目標。

預測科學有限公司——一個私人計算物理學研究公司，位於聖地牙哥的加利福尼亞,他們由NASA、美國國家科學基金會和美國空軍科學研究辦公室支持,使用了來自美國宇航局的太陽動力學天文臺的數據或SDO,新墨西哥州立大學和美國國家太陽天文臺發展預測。在大約兩天的時間裡，研究小組主要在位於加州矽谷艾姆斯研究中心(Ames Research Center)的NASA高級超級計算部門的昂宿星超級計算機上運行了這個模型。

他們的模型使用了SDO對太陽表面磁場的測量來預測磁場如何隨著時間的推移而形成日冕。今年的版本是對該小組用於預測2017年8月日食的複雜數值模型的改進。

研究人員的預測以一個星雲日冕為特徵，它有兩個相對的寬而模糊的流光，以及更小的羽狀物從磁極的北極和南極噴發出來。預測科學研究人員庫珀·唐斯說，模擬日冕缺乏定義可能是由於當前的太陽磁場狀態所致。在太陽活動接近11年周期中的相對平靜時期，太陽磁場在當前的向太陽活動極小期移動的過程中明顯減弱。

「我很興奮，」Downs在月食後說，「太陽配合了，彩帶就在正確的位置。當然，作為一名科學家，我已經在研究我們出錯的細節以及我們可以改進的地方。但很高興看到將有高質量的科學測量，我們可以進行詳細的比較，並從中學到很多東西。」

也就是日食發生的前一周，當他的團隊發表了他們的最後一次日食預測後，Downs感到很有信心:在太陽活動極小期，太陽發展緩慢，並且團隊有了堅實的實時觀測的好處，這可以作為他們模型的基礎。

今年，研究小組的部分精力集中在改進他們的太陽極磁場模型上，極磁場在太陽活動極小期強烈地影響著日冕的形狀。科學家們利用模型來估計太陽兩極的磁場，因為他們目前還沒有那裡的測量數據。

由此得出的預測結果顯示，從太陽的南北兩極噴射出來的細小的噴射物就像縷縷的頭髮。歐洲航天局(European Space Agency)的太陽軌道飛行器(Solar Orbiter)計劃於2020年發射，它將以獨特的視角觀察兩極，填補我們在理解太陽方面的一個重要空白。

另一艘宇宙飛船已經俯衝穿過日冕，試圖回答有關太陽的基本問題，比如為什麼日冕燃燒得比太陽表面溫度高得多，或者是什麼驅動太陽風達到超音速等。

美國宇航局的帕克太陽探測器在4月份完成了第二次近距離接近太陽，並準備在9月份再次接近太陽。隨著時間的推移，帕克太陽探測器越來越接近我們的恆星，收集有價值的數據，並與太陽模型攜手工作。預測科學還對太空飛行器在太陽近地飛行時所看到的情況進行了預測。

唐斯說:「每次帕克做出一個近日點，我們就會得到磁場、等離子體和太陽風速度的測量值。」好的觀察可以改進模型，反之亦然。「模型將是解釋數據的重要方式，而這些數據將是限制和完善模型的關鍵。」

作者: Lina Tran

FY: 小花

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