逐日半年多，帶回哪些秘密？
“羲和號”首次獲得三種太陽譜線輪廓
◎本報記者 金 鳳
“‘羲和號’發(fā)射后，已經(jīng)在空間首次同時獲得了太陽全日面Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)和光譜成像，以及幾十個太陽耀斑的資料。”7月19日，在教育部“教育這十年”“1+1”系列發(fā)布會之高校科技創(chuàng)新改革發(fā)展成效新聞發(fā)布采訪活動中，中國科學(xué)院院士、“羲和號”科學(xué)總顧問、南京大學(xué)教授方成欣喜地透露這一最新進(jìn)展。
“羲和號”全名“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星”，于2021年10月14日發(fā)射升空。“羲和號”的升空打破了我國無太陽探測專用衛(wèi)星的歷史。
“我們現(xiàn)在也已經(jīng)開始規(guī)劃對太陽的立體探測，從不同的角度看太陽。例如已經(jīng)啟動了對‘羲和二號’的預(yù)研，準(zhǔn)備用5年的時間，將其發(fā)射到拉格朗日點(diǎn)的L5點(diǎn)，那里太陽與地球的引力相當(dāng)，衛(wèi)星可以從側(cè)面來觀測太陽。另外，國內(nèi)太陽物理界還擬再用不到5年的時間發(fā)射‘羲和三號’，對太陽的南北極進(jìn)行觀測。”方成說。
首次在太空觀測到Si I譜線完整的輪廓
方成介紹，“羲和號”的高光譜分辨率和高時間分辨率的觀測，可以為太陽光球和色球做深度“CT”掃描。作為衛(wèi)星主要的科學(xué)載荷，Hα光譜成像儀是太陽的專屬“攝影師”。它可在46秒的時間內(nèi)完成4600余步全日面掃描，獲得超過1600萬個點(diǎn)的光譜信息，并獲得300余個波長點(diǎn)的太陽圖像。這些光譜潛藏著太陽光球和色球不同層次的大氣信息。
2021年10月24日零時52分，“羲和號”正式“睜開雙眼”，實(shí)現(xiàn)了初光觀測。
“值得一提的是，Hα光譜成像儀的像元光譜分辨率達(dá)到0.024埃，這比地面濾光器的分辨率提高了約10倍，能夠獲得更加精確的譜線信息。”“羲和號”科學(xué)與應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師、南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授李川告訴科技日報記者。
觀測中，“羲和號”首次獲得太陽Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線的譜線輪廓。
方成介紹，太陽Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線是在太陽大氣不同的高度產(chǎn)生的。其中Hα譜線是太陽活動在太陽低層大氣中響應(yīng)最強(qiáng)的譜線，Hα譜線線心形成在距離光球?qū)幼畹撞?300公里—1500公里左右，可以反映太陽色球?qū)拥男畔ⅲ€翼反映了太陽光球?qū)拥男畔ⅲ籗i I譜線形成在距離太陽光球?qū)幼畹撞考s五六十公里；Fe I譜線形成于距離光球?qū)拥撞慷俟铩?/p>
“分析三條譜線的信息，可以揭示不同高度的太陽大氣物理量分布。”方成說。
與眾不同的是，以往在地面觀測時，Si I譜線被地球大氣的水分子譜線掩蓋，所以難以捕捉。而空間譜線信息不受地球大氣影響，“羲和號”實(shí)現(xiàn)了在國際上首次直接觀測到Si I完整的譜線輪廓。
“獲得Si I譜線后，就可以將其與其他譜線結(jié)合，反演計算出太陽大氣的溫度、密度，從而幫助我們研究太陽的大氣結(jié)構(gòu)。”方成說。
全日面多普勒速度場精度高，相當(dāng)于拿放大鏡看太陽活動過程
除了全日面光譜成像，“羲和號”還可以根據(jù)太陽活動情況，進(jìn)行局部日面光譜成像和定點(diǎn)光譜觀測。
方成介紹，“羲和號”可獲得日面任一點(diǎn)的Hα譜線精細(xì)輪廓，因而能反演高精度的全日面色球多普勒速度場，這是以往觀測從未實(shí)現(xiàn)的。同時，“羲和號”也獲得了高精度的全日面光球多普勒速度場。通過像元光譜分辨率和譜線輪廓擬合分析，得到速度場精度優(yōu)于0.06千米/秒。
這個數(shù)字有何意義？李川解釋，太陽對人類的影響特別表現(xiàn)在時有發(fā)生的耀斑和日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象上。耀斑是太陽局部突然增亮的爆發(fā)活動。一個中等強(qiáng)度的耀斑，可發(fā)射出從伽馬射線到無線電波段的強(qiáng)大輻射，總能量相當(dāng)于約10億—100億個原子彈爆炸。日冕物質(zhì)拋射則是太陽上大規(guī)模物質(zhì)爆發(fā)的現(xiàn)象，一次爆發(fā)能把約1億—10億噸物質(zhì)拋射到行星際空間。
“太陽爆發(fā)拋射的物質(zhì)，在太空中運(yùn)動速度很快，往往每秒數(shù)百公里到一兩千公里，而速度也反映了物質(zhì)的動能和受力情況。0.06千米/秒的精度，相當(dāng)于拿著放大鏡看太陽活動的過程，進(jìn)而了解這些爆發(fā)活動觸發(fā)的原因和傳播的過程。”李川表示。
目前，“羲和號”每天會產(chǎn)生約1.2Tb的原始數(shù)據(jù)，科研團(tuán)隊在初步分析后，會將其生成為可供科學(xué)家直接使用的科學(xué)數(shù)據(jù)。