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太阳磁场的秘密科普知识
太阳磁场的秘密科普知识
科普知识是一种用通俗易懂的语言,来解释种种科学现象和理论
的知识文字,用以普及科学知识为目的。下面就让小编带你去看看太
阳磁场的秘密科普知识吧,希望能帮助到大家!
我国第一颗综合性太阳探测卫星——先进天基太阳天文台(ASO-
S),即将进入正样研制阶段。目前,卫星的工程样机研制已经接近完
成,有望于2022年发射升空。ASO-S主要科学目标为研究“一磁两
暴”,即太阳磁场以及两类最剧烈的太阳爆发现象——耀斑和日冕物
质抛射。届时,ASO-S将详细记录第二十五个太阳活动周的“太阳风
暴”,并及时预报太阳爆发对地球的可能影响。
“ASO-S将搭载3台不同功能的太阳探测望远镜,一个是全日面
矢量磁像(FMG),专门观测太阳磁场;一个是硬X射线成像仪,专
门观测太阳耀斑;一个是莱曼阿尔法太阳望远镜,专门观测日冕物质
抛射。”中国科学院国家天文台FMG载荷团队相关负责人表示,作为
ASO-S的一个重要组成部分,FMG的测量目标将是太阳物理学中的
“第一观测量”——磁场。
一、令人着迷的太阳磁场
1908年,美国太阳物理学家海尔首次观测到太阳磁场。随着太阳
磁场的发现,也开启了现代太阳物理学。从此,人类开始密集地探索
太阳上各种现象背后的物理本质。一些探索还极大地推动了物理学基
础理论的发展。
太阳磁场中储存着巨大的能量。当磁场演化到一定阶段后,太阳
就像是被触怒了一样,突然将这些能量一股脑地倾泻出来。太阳上大
体存在两类这种大规模的爆发性磁活动现象:耀斑和日冕物质抛射。
FMG载荷团队研究员苏江涛表示,太阳极其复杂的磁场也引发了
许多令人着迷的显著特征,比如太阳黑子等。“通过望远镜,天文学
家可以观测到简单的偶极活动区在日面上面积不断变大的演化过程。
通过磁流体力学(MHD)模拟,能够看到与活动区相关的磁力线从太
阳内部浮现出来,不断向上膨胀,穿过光球层、色球层、过渡区和日
冕。”
太阳活动区以外的区域被称为宁静区。随着望远镜空间分辨率、
时间分辨率的提高,天文学家发现太阳上的宁静区其实并不宁静。有
许多小尺度活动现象都与宁静区的磁场变化有关,比如在光球层可以
看到米粒组织的对流运动,在色球层可以看到针状体的运动和演化等
等。
“正是太阳的磁场及其活动导致了黑子周期、太阳爆发以及日冕
加热。因此,测量太阳磁场是太阳物理学者最重要的使命之一,也是
必须完成的任务。”苏江涛表示。
二、观测从地基到太空
虽然人类对太阳的观测有着悠长的历史,但对它的真正深入理解
则始于上个世纪初。
一个多世纪以来,海尔所开创的利用塞曼效应测量光球磁场的方
法一直被人们所沿用。今天我们已经能够对全日面的光球矢量磁场进
行较高精度的测量。在中国,艾国祥院士创建的国家天文台怀柔太阳
观测基地对光球磁场测量也作出了重要的贡献。这些磁场测量大大促
进了我们对太阳爆发机制的理解。
直到1990年,欧洲、美国、日本陆续发射了可用于观测太阳磁场
的空间卫星,人类对于太阳的观测开始进入到空间观测时代。FMG载
荷团队研究员邓元勇表示,“相较于地基观测,空间观测能够连续、
稳定地获得数据”。
1995年,美国搭载了测量太阳速度场和磁场观测仪器的SOHO卫
星发射入轨,人类拥有了真正意义上的首个空间太阳磁场观测设备;
2006年,我国怀柔太阳观测基地的全日面矢量磁场望远镜,观测到了
世界上第一张全日面矢量磁图。同年,日出卫星发射成功,人类首次
用50厘米光学望远镜进行空间太阳光学和磁场观测;2010年,空间
矢量磁场观测的主角变成美国的SDO卫星;到2022年,这一主角将
是我国的ASO-S卫星。
三、全日面矢量磁像仪的重任
在19世纪40年代,德国的药剂师、业余天文爱好者施瓦布在经
过长期观测后,发现太阳黑子数存在周期性的变化。从太阳活动峰年
到谷年再到峰年,大约是11年。而在总结了以前的观测资料后,科学
家把1755-1766年定义为第一个太阳活动周。2
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