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科学界沸腾了!地球最大望远镜拍到了史上最清晰的太阳表面照!

太阳,我们的恒星。而太阳的活动被称为“太空天气”,对地球和太阳系的其他行星有重大影响。这种周期性的爆发,也被称为太阳耀斑,释放出大量的电磁辐射,可以干扰从卫星、航空旅行到电网的一切。由于这个原因,天体物理学家正想尽一切办法观察太阳的一举一动,以便预测它的天气模式,为防止太阳风暴带来准备。

而这也是位于夏威夷毛伊岛哈雷阿卡拉天文台的美国国家科学基金会的4米丹尼尔井上太阳望远镜(DKIST)的目标。最近,该望远镜发布了它的第一张太阳表面的照片,它显示了前所未有的详细程度,并为这台望远镜在未来几年将要揭示的东西提供了极大的希望。

这些图像提供了太阳表面的特写图像,它向我们展示了混乱的等离子体以细胞状结构的模式排列。这些等离子体是一个强烈运动的迹象,它将热的太阳等离子体从太阳内部输送到表面。这个过程被称为对流,我们可以看到明亮的等离子体在细胞中上升到表面,然后冷却并以黑暗的方式下沉到表面以下。

井上太阳望远镜可以拍摄到38,000公里宽的太阳区域。天文学家希望通过获得这些精确而清晰的太阳图像,能够提高他们对这一过程的理解,从而预测太空天气的突然变化。幸运的是,这是迄今为止所拍摄到的我们太阳最详细的信息。美国国家科学基金会(NSF)的井上太阳望远镜将能够绘制出太阳日冕内部的磁场图,在那里,太阳爆发会影响地球上的生命。这台望远镜将提高我们对太空天气成因的理解,并最终帮助天气预报员更好地预测太阳风暴。”

太阳天气

简单地说,太阳是一颗g型(黄矮星)主序恒星,已经存在了大约46亿年。这意味着它的生命周期已经过半,接下来还剩大约50亿年的寿命。其中自我维持的核聚变过程为太阳提供能量,每秒消耗约500万吨氢燃料,用以提供我们所有的光、热和能量。

这个过程产生的所有能量向各个方向辐射到太空中,到达太阳系的边缘。自20世纪50年代以来,科学家们已经认识到地球位于太阳的大气层中,太阳天气的变化对地球有深远的影响。即使在几十年后的今天,关于太阳最重要的活动过程仍有许多未知之处。

在地球上,我们可以非常准确地预测世界上几乎任何地方是否会下雨,而太空天气的预测还不存在。这种类型的预测比地球上的天气落后50年,甚至更久。而我们需要的是掌握太空天气背后的物理学原理,而这是从太阳开始的,井上太阳望远镜将在未来几十年里持续研究太阳!

目前天文学家已经确定,太阳等离子体的运动与太阳风暴有关,因为它们导致太阳的磁力线扭曲纠结。测量和表征太阳磁场对于确定潜在有害太阳活动的原因至关重要,而井上太阳望远镜在这方面拥有独一无二的观测能力。

根据科学家的说法,这一切都归结于太阳的磁场。解开太阳最大的奥秘在于,我们必须不仅能够清楚地看到这些微小结构从9300万英里外的现象,而且要非常精确测量其表面附近的磁场强度和方向,最终才能测定太阳的外层大气。

换句话说,更好地了解太阳动力学的最大好处之一是能够预测重大天气事件。目前,政府和航天机构能够提前48分钟预测事件。但是多亏了井上太阳望远镜和其他太阳天文台的研究,天文学家们预计这一过程将提前48小时。这将给我们更多的时间来确保这些事件不会破坏电网、关键基础设施、卫星和空间站。当然,监测太阳并不是一件容易的事,它也会带来一些危害。由于这个原因,井上太阳望远镜在建筑、工程和天文学方面利用了许多先进的发展技术。包括它4米长的镜子(所有的太阳望远镜中最大的),自适应光学补偿由地球的大气造成的扭曲,以及在哈雷阿卡拉超过3000米的山顶的原始观察条件。该望远镜还依赖于一些安全措施,以确保它不会因为聚焦来自太阳的13千瓦太阳能而过热。

这是通过一个高科技的液态冷却金属环(“热阻”)来实现的,它使大部分阳光远离主镜和覆盖在圆顶上的冷却板,并保持望远镜周围的温度稳定。天文台的内部也通过11.25公里的冷却管来保持凉爽,冷却管部分由夜间积累的冰来冷却,内部的百叶窗提供空气循环和遮阳。

井上太阳望远镜的孔径是所有太阳望远镜中最大的,它独特的设计和最先进的仪器,井上太阳望远镜将首次能够进行最具挑战性的太阳测量。在未来的6个月里,井上望远镜的科学家、工程师和技术人员将继续测试和调试望远镜,使其为国际太阳能科学界所用。并且这枚太阳望远镜在太阳诞生后的前5年收集的信息将比自1612年伽利略首次将望远镜对准太阳以来收集的所有太阳数据还要多。

当然,井上太阳望远镜只是三种太阳研究仪器中的一种,它们将在未来几年给太阳天文学带来革命性的变化。NASA的帕克太阳探测器(目前正在绕太阳轨道运行)和ESA/NASA太阳轨道飞行器(即将发射)也加入了这个行列。井上太阳望远镜将提供对太阳外层及其内部磁场过程的遥感过程,这些过程传播到太阳系,帕克太阳探测器和太阳轨道飞行器任务将测量它们的后果。总之,它们构成了一个真正的多信使任务,去理解恒星和它们的行星之间的磁性联系。

科学界沸腾了!地球最大望远镜拍到了史上最清晰的太阳表面照!

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