“羲和號”再現(xiàn)太陽暗條爆發(fā)三維動力學(xué)過程
太陽表面的細(xì)長暗條變化多端。它們有時會突然消失，有時又會突然爆發(fā)，像其他太陽爆發(fā)活動一樣，給地球磁場帶來或多或少的干擾。
2月5日，記者從南京大學(xué)獲悉，該校太陽物理團(tuán)隊基于“羲和號”全日面光譜成像，分別構(gòu)建了一個太陽暗條和一個日珥的三維速度場。該研究成功再現(xiàn)了暗條、日珥等離子體物質(zhì)的膨脹、拋射、回落、旋轉(zhuǎn)和分裂等現(xiàn)象。相關(guān)成果近日刊發(fā)于國際學(xué)術(shù)期刊《天體物理學(xué)雜志快報》。
“羲和號”觀測的太陽暗條、日珥的演化和爆發(fā)。受訪者供圖
“在高溫、稀薄的日冕中，懸浮著一些溫度較低、但密度較高的等離子體，它們靠太陽磁場支撐。”該論文的作者之一、“羲和號”衛(wèi)星首席科學(xué)家丁明德教授告訴科技日報記者，從觀測的視角看，如果這些等離子體處在日面之上，在明亮的背景映襯下，就表現(xiàn)為一條偏暗的長帶，即為暗條；如果出現(xiàn)在日面邊緣，就仿佛在太陽側(cè)面勾勒出的“耳朵”，即日珥。
暗條可以穩(wěn)定存在數(shù)小時，甚至數(shù)天，也可能突然爆發(fā)而被拋射出去，形成日冕物質(zhì)拋射。爆發(fā)的暗條如果朝向地球傳播，可能會引發(fā)地磁暴，對近地空間環(huán)境中的高科技設(shè)備造成嚴(yán)重?fù)p害。因此，精確測量太陽暗條爆發(fā)的三維速度場，對于災(zāi)害性空間天氣的預(yù)警和預(yù)報具有非常重要的意義。
“以往對于太陽的成像觀測只能得到暗條爆發(fā)在天空平面內(nèi)的投影速度，無法確定其傳播方向和真實速度。”丁明德介紹，目前常見的觀測方法有兩種，一種是通過兩顆衛(wèi)星從不同視角對太陽暗條進(jìn)行觀測，并利用幾何方法得到其三維結(jié)構(gòu)和演化。但是該方法具有很強(qiáng)的局限性，需要兩顆衛(wèi)星具有相同的觀測波段并且同時觀測到爆發(fā)過程。另一種則是通過光譜成像，利用暗條譜線的多普勒頻移獲得視線方向的速度，利用成像獲得天空平面上的速度，即可構(gòu)建其三維速度場。
“然而以往的光譜成像大多是基于地面大口徑的太陽望遠(yuǎn)鏡，視場非常有限，很難覆蓋爆發(fā)暗條的完整區(qū)域。”丁明德說。
2021年10月14日，南京大學(xué)參與研發(fā)的我國首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”成功發(fā)射。“羲和號”衛(wèi)星的世界首次全日面Hα光譜掃描成像技術(shù)，為上述問題提供了更精確、更完整、更全面的解決方案。
丁明德介紹，“羲和號”可以在46秒內(nèi)掃描全日面，獲得日面上任意一點的光譜信息。它的高精度光譜和成像數(shù)據(jù)使得系統(tǒng)性研究暗條爆發(fā)的三維動力學(xué)成為可能。
在此次研究中，團(tuán)隊分析了2022年8月17日的日珥爆發(fā)和2023年5月8日的暗條爆發(fā)數(shù)據(jù)。“研究發(fā)現(xiàn)，這次的太陽暗條經(jīng)過膨脹和上升階段后，最終以逆時針旋轉(zhuǎn)的方式回落到日面上，是一次失敗的爆發(fā)；而日珥則在經(jīng)歷膨脹、上升、旋轉(zhuǎn)和分裂后，以160千米/秒的速度在傾斜于天空平面22度的方向上成功拋射出去。”論文的第一作者、南京大學(xué)深空探測科學(xué)與技術(shù)研究院助理研究員邱曄解釋。
“通過這次分析，我們就知道暗條和日珥的爆發(fā)規(guī)律是什么樣子了。例如它們拋射的速度是多少，向哪里拋射，是不是向著地球的方向拋射。”丁明德表示，隨著研究的深入，如果以后能觀測、構(gòu)建更多的暗條和日珥的三維速度場，就可以提煉出暗條爆發(fā)的普遍規(guī)律，這將為后續(xù)系統(tǒng)性研究太陽暗條爆發(fā)的物理機(jī)制，以及空間天氣預(yù)警和預(yù)報提供重要參考。
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