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NASA新技术窥探太阳色球层

自从科学家知道太阳的日冕层(corona)下面存在一个色球层(chromosphere)之后长达二十年的时间里,仅在日全食的时候,偶尔在月球的剪影之下,才能一睹太阳色球层的风采——一层亮红色的光环。NASA新技术窥探太阳色球层日全食过程中拍到的太阳色球层。由于氢原子发出的红色和粉色的光因而被称为色球层。(NASA/ Luc Viatour)色球层顾名思义,就是有颜色的一层,是太阳大气层主要三层中的第二层,厚度约2,000公里,夹在日冕层和光球层(photosphere)的中间。色球层的密度很低,加之光球层的高亮度,因此没有特殊的设备一般都看不到看到这个层次。所以在发现这个层次存在之后一百多年来,科学家对这个层次的了解仍然很有限。为什么探测色球层人们已习惯使用地面的天气预报安排各种生活和生产活动,科学家正致力拓展开发“太空天气预报”,主要围绕太阳的活动情况做出预报。太阳表面抛射物和喷发的活动,对地球上人类的活动,以及太空项目都有相当大的影响。在影响太阳活动的因素中,太阳的磁场是背后重要的推动因素之一。太阳的磁力线从太阳的表面延伸到比地球更远范围的空间,可是它们不可见,科学家只能间接探测它们,例如通过等离子、高温气体发出的光,就像高速公路上的车灯一样照出它们的线条。磁力线的分布特点——分散而笔直还是紧密而纠缠,对于太阳表面的活动造成很大的影响。这项新研究的主要作者日本国立天文台的物理学家石川凉子(Ryohko Ishikawa)说:“太阳既美丽又神秘,它的磁力线控制着它每时每刻的活动。”NASA新技术窥探太阳色球层在理想的情形下,科学家认为从日冕层可以得到磁力线数据,因为太阳的喷发活动都发生在这一层,但是这一层等离子体分布太稀疏,读数不准确。日冕层的密度还不到地球海平面大气密度的十亿分之一。所以,科学家后来改为测量密度高得多的光球层,再利用数学模型推测日冕层的数据。可是科学家又发现,磁力线在色球层的变数太大了,这样跳过色球层用模型推测的数据准确度太低。美国宇航局(NASA)前工程师拉赫梅勒(Laurel Rachmeler)说:“色球层是个炙热、混乱的一层。我们简化地对光球层和日冕层分别进行估计,但是由于不明确色球层的情况,这些估计都失败了。”所以,要了解太阳活动的情况,色球层是不可忽略的一个层次。这份研究第一次突破了这个障碍,美国、日本、西班牙和法国的科学家合作,发明了一种全新的方法测量色球层的磁力线。看一眼就掉下来的探测器他们把2015年使用的色层分光旋光计(CLASP)进行改装,发射了色层分光旋光计2号(CLASP2)测量太阳的磁力线。CLASP系列项目是一种测量火箭,让测量设备搭载火箭发射升空,几分钟之内就在降落伞的帮助下落回地面。这种探测方式比发射卫星探测器的成本低、规划时间短,也是试验新技术的好办法。这项研究中,CLASP2被发射到离地274公里的高空,快速完成对太阳的测量后落回地面。NASA新技术窥探太阳色球层三个项目合作项目组安排在CLASP2测量的同时,让NASA的界面区域成像光谱仪(IRIS)、日出号(Hinode)太阳探测卫星也同时对准太阳的同一位置的不同高度进行测量。通过这三个项目的合作,NASA有史以来第一次测得太阳色球层内部和周围同一位置、四个高度层次的磁力线数据。研究者表示,从数据上看到最惊人的特点是,太阳色球层磁力线变化太大。研究组希望接下来使用这种新的测量方法,绘制出整个色球层磁场的情况,将为太空天气预报提供重要的信息。这项成果2月19日发表于《科学进展》(Science Advances)期刊。

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