科学家拍摄到15亿公里外太阳的高清表面

近日，莱布尼茨太阳物理研究所（KIS）发布了两张新的太阳视图。这两张图片是由西班牙的格雷戈尔太阳望远镜（GREGOR）拍摄。太阳是太阳系的中心天体，占太阳系总体质量的99.86%。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等都围绕着太阳公转，而太阳则围绕着银河系的中心公转。太阳与人类的生活息息相关，但人类很难获取太阳表面真实图像，因为太阳每秒都要燃烧约万吨氢燃料。将镜头直接对准这样一个表面温度为摄氏度的星体，物镜聚光后，会聚光到目镜组里。超高的温度可以在瞬时内将金属都融化，所以需要强大的太阳望远镜才能进行检测研究。目前国际上已建成的2米级太阳望远镜主要有美国1.6米古德太阳望远镜（GST）和德国1.5米雷戈尔太阳望远镜。我国现有最大口径太阳望远镜是中国科学院云南天文台研制的1米新真空太阳望远镜（NVST）。为了可以拍清太阳的表面，科学家完全重新设计了格雷戈尔太阳望远镜（的光学、机械学和电子学，以达到最佳的图像质量，该团队将格雷戈尔太阳望远镜（改造后的“眼睛”的能力比喻为能够从一公里外看到足球场上一根针的细节。这次莱布尼茨太阳物理研究所拍摄的太阳高清表面，是欧洲望远镜拍摄的有史以来最高分辨率的太阳图像。第一张照片则突出了太阳磁场的结构，看起来有点像人体的细胞结构，这些细胞样结构显示了太阳表面过热气体翻动的模式。格雷戈尔太阳望远镜拍摄照片太阳物质是等离子体，太阳表面翻滚着等离子，整个太阳就是一个等离子体球，在靠近太阳表面的区域，这些等离子构成的湍流，将太阳内部的热量传输到太阳表面，冷却后再通过黑暗通道下沉，构成一种对流。能量传递主要依靠等离子体间的对流。这些等离子体的运动同时产生了磁场，而太阳内部的磁场则是引起太阳活动的一个根本原因，因为这些等离子体会和太阳内部产生的磁场相互作用，呈现不同的运动形式。磁场越强，运动越剧烈。所以阳磁场是黑子、耀斑、日冕物质抛射等各种太阳爆发活动的幕后推手。磁场之间的相互作用会在外面光球层上露出端倪——光球层温度大约K左右，而光球层上磁极N、S两端温度只有K。相比于高温区域，这些低温区域看起来会暗一些。这正是太阳黑子现象。黑子是太阳表面可以看到的最突出的现象。一个中等大小的黑子大概和地球的大小差不多。一个完整的太阳黑子包含本影和半影。本影就是黑子最黑和最中心的地方。本影之外，不那么黑，并有一些纤维的结构叫做半影。莱布尼茨太阳物理研究所发布的另外一张图片显示的就是一个太阳黑子，它类似于《星球大战》中看到的沙拉克深坑的齿状空洞。格雷戈尔太阳望远镜拍摄照片对太阳黑子的研究一直是各国对于太阳检测研究的重点，我们要知道，作为太阳磁场的重要体现形式，黑子往往在太阳的南北半球成对出现。其中一个黑子的磁力线从日面指向太阳之外，这是磁场的正极，另外一个黑子的磁力线从日面指向日心，代表磁场的负极。一般情况下，我们把太阳大气分为六层，由内往外依次命名为：日核、辐射区、对流层、光球、色球、日冕。日核的半径占太阳半径的1/4左右，它集中了太阳质量的大部分，并且是太阳99%以上能量的发生地。光球是我们平常所见的明亮的太阳圆面，太阳的可见光全部是由光球面发出的。日冕位于太阳的最外层，属于太阳的外层大气。太阳磁场每11年反转一次，这11年内，太阳活动也会出现变化，也就是有太阳活动峰年和谷年。峰年太阳活动最频繁，谷年则太阳活动最少。由于两极磁场会在反转过程削弱，更多色球层和日冕层的的高速带电粒子流以-km/s的速度运动喷射出来，这就是太阳风。太阳风从太阳吹到地球只需五六天的时间。当太阳风到达地球附近时，与地球的偶极磁场发生作用，并把地球磁场的磁场线吹得向后弯曲。但是地磁场阻止了等离子体流的运动，使得太阳风不能侵入地球大气而绕过地磁场继续向前运动。于是形成一个空腔，地磁场就被包含在这个空腔里。此时的地磁场外形就像一个一头大一头小的蛋状物。虽然涌来的太阳风在抵达地球时，大部分会被地球的磁场推开，但仍有部分太阳风进入大气层，从而引起各种现象。例如通讯卫星失灵、高纬区电网失效，及短波通讯、长波导航质量下降等。太阳风的变化还可能会引起气象和气候的变化。另外，像“回声一号”那样又大又轻的卫星，还会被太阳风吹离事先计算好的轨道。所以科学家一直尝试通过模型数值模拟，解释太阳磁场反转周期的规律，而且人类目前还没有彻底掌握太阳磁场产生的原因，太阳磁场的直接测量仅局限于太阳光球表面，对太阳大气（色球、过渡区和日冕）磁场的知识，主要来自在简化假定下的理论重构。缺乏可靠的观测，限制了科学家对太阳磁活动起源和机理的理解，导致日冕加热和太阳风起源等难题得不到解决。而通过太阳望远镜拍摄太阳表面的高清图像，有利于我们非常详细地研究磁场、对流、湍流、太阳喷发和太阳黑子。

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