“羲和號(hào)”首次獲得三種太陽(yáng)譜線(xiàn)輪廓

文／金鳳

“‘羲和號(hào)’發(fā)射后，已經(jīng)在空間首次同時(shí)獲得了太陽(yáng)全日面Hα譜線(xiàn)、Si I譜線(xiàn)和Fe I譜線(xiàn)的精細(xì)結(jié)構(gòu)和光譜成像，以及幾十個(gè)太陽(yáng)耀斑的資料?！?月19日，在教育部“教育這十年”“1+1”系列發(fā)布會(huì)之高?？萍紕?chuàng)新改革發(fā)展成效新聞發(fā)布采訪(fǎng)活動(dòng)中，中國(guó)科學(xué)院院士、“羲和號(hào)”科學(xué)總顧問(wèn)、南京大學(xué)教授方成欣喜地透露這一最新進(jìn)展。

“羲和號(hào)”全名“太陽(yáng)Hα光譜探測(cè)與雙超平臺(tái)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星”，于2021年10月14日發(fā)射升空?！棒撕吞?hào)”的升空打破了我國(guó)無(wú)太陽(yáng)探測(cè)專(zhuān)用衛(wèi)星的歷史。

“我們現(xiàn)在也已經(jīng)開(kāi)始規(guī)劃對(duì)太陽(yáng)的立體探測(cè)，從不同的角度看太陽(yáng)。例如已經(jīng)啟動(dòng)了對(duì)‘羲和二號(hào)’的預(yù)研，準(zhǔn)備用5年的時(shí)間，將其發(fā)射到拉格朗日點(diǎn)的L5點(diǎn)，那里太陽(yáng)與地球的引力相當(dāng)，衛(wèi)星可以從側(cè)面來(lái)觀測(cè)太陽(yáng)。另外，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)物理界還擬再用不到5年的時(shí)間發(fā)射‘羲和三號(hào)’，對(duì)太陽(yáng)的南北極進(jìn)行觀測(cè)。”方成說(shuō)。

首次在太空觀測(cè)到Si I譜線(xiàn)完整的輪廓

方成介紹，“羲和號(hào)”的高光譜分辨率和高時(shí)間分辨率的觀測(cè)，可以為太陽(yáng)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(yáng)的專(zhuān)屬“攝影師”。它可在46秒的時(shí)間內(nèi)完成4600余步全日面掃描，獲得超過(guò)1600萬(wàn)個(gè)點(diǎn)的光譜信息，并獲得300余個(gè)波長(zhǎng)點(diǎn)的太陽(yáng)圖像。這些光譜潛藏著太陽(yáng)光球和色球不同層次的大氣信息。

2021年10月24日零時(shí)52分，“羲和號(hào)”正式“睜開(kāi)雙眼”，實(shí)現(xiàn)了初光觀測(cè)。

“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(xiàn)信息?！薄棒撕吞?hào)”科學(xué)與應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)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?qǐng)?bào)記者。

觀測(cè)中，“羲和號(hào)”首次獲得太陽(yáng)Hα譜線(xiàn)、Si I譜線(xiàn)和Fe I譜線(xiàn)的譜線(xiàn)輪廓。

方成介紹，太陽(yáng)Hα譜線(xiàn)、Si I譜線(xiàn)和Fe I譜線(xiàn)是在太陽(yáng)大氣不同的高度產(chǎn)生的。其中Hα譜線(xiàn)是太陽(yáng)活動(dòng)在太陽(yáng)低層大氣中響應(yīng)最強(qiáng)的譜線(xiàn)，Hα譜線(xiàn)線(xiàn)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(yáng)色球?qū)拥男畔ⅲ€(xiàn)翼反映了太陽(yáng)光球?qū)拥男畔?；Si I譜線(xiàn)形成在距離太陽(yáng)光球?qū)幼畹撞考s五六十公里；Fe I譜線(xiàn)形成于距離光球?qū)拥撞慷俟铩?/p>

“分析三條譜線(xiàn)的信息，可以揭示不同高度的太陽(yáng)大氣物理量分布?！狈匠烧f(shuō)。

與眾不同的是，以往在地面觀測(cè)時(shí)，Si I譜線(xiàn)被地球大氣的水分子譜線(xiàn)掩蓋，所以難以捕捉。而空間譜線(xiàn)信息不受地球大氣影響，“羲和號(hào)”實(shí)現(xiàn)了在國(guó)際上首次直接觀測(cè)到Si I完整的譜線(xiàn)輪廓。

“獲得Si I譜線(xiàn)后，就可以將其與其他譜線(xiàn)結(jié)合，反演計(jì)算出太陽(yáng)大氣的溫度、密度，從而幫助我們研究太陽(yáng)的大氣結(jié)構(gòu)。”方成說(shuō)。

全日面多普勒速度場(chǎng)精度高，相當(dāng)于拿放大鏡看太陽(yáng)活動(dòng)過(guò)程

除了全日面光譜成像，“羲和號(hào)”還可以根據(jù)太陽(yáng)活動(dòng)情況，進(jìn)行局部日面光譜成像和定點(diǎn)光譜觀測(cè)。

方成介紹，“羲和號(hào)”可獲得日面任一點(diǎn)的Hα譜線(xiàn)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(chǎng)，這是以往觀測(cè)從未實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)，“羲和號(hào)”也獲得了高精度的全日面光球多普勒速度場(chǎng)。通過(guò)像元光譜分辨率和譜線(xiàn)輪廓擬合分析，得到速度場(chǎng)精度優(yōu)于0.06千米/秒。

這個(gè)數(shù)字有何意義？李川解釋?zhuān)?yáng)對(duì)人類(lèi)的影響特別表現(xiàn)在時(shí)有發(fā)生的耀斑和日冕物質(zhì)拋射現(xiàn)象上。耀斑是太陽(yáng)局部突然增亮的爆發(fā)活動(dòng)。一個(gè)中等強(qiáng)度的耀斑，可發(fā)射出從伽馬射線(xiàn)到無(wú)線(xiàn)電波段的強(qiáng)大輻射，總能量相當(dāng)于約10億—100億個(gè)原子彈爆炸。日冕物質(zhì)拋射則是太陽(yáng)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(yáng)爆發(fā)拋射的物質(zhì)，在太空中運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(yáng)活動(dòng)的過(guò)程，進(jìn)而了解這些爆發(fā)活動(dòng)觸發(fā)的原因和傳播的過(guò)程?！崩畲ū硎?。

目前，“羲和號(hào)”每天會(huì)產(chǎn)生約1.2Tb的原始數(shù)據(jù)，科研團(tuán)隊(duì)在初步分析后，會(huì)將其生成為可供科學(xué)家直接使用的科學(xué)數(shù)據(jù)。