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利用日全食將能揭示:太陽「黑暗」和「暴風雨」的一面!


博科園在天文觀測中,有一句俗語:祝你好運,天空晴朗。對於像研究人員這樣的日食追逐者,這一點尤其重要,因為一場日全食只有兩分鐘的時間,沒有第二...

- 2019年7月02日21時33分
- 科學文摘 / 博科園

博科園

在天文觀測中,有一句俗語:祝你好運,天空晴朗。對於像研究人員這樣的日食追逐者,這一點尤其重要,因為一場日全食只有兩分鐘的時間,沒有第二次機,一小片雲彩就能毀掉一切。成千上萬的遊客和幾十位科學家前來觀看日食,對他們來說,日食是觀察太陽延伸大氣(即日冕)的一個獨特機會。就像地球一樣,太陽也有大氣層和磁場,磁場向太空延伸到很遠的地方。

日冕是由分離的質子和電子組成的等離子體,溫度高達100萬攝氏度或更高。在這種高溫、磁化等離子體的陌生環境中,物理學的行為方式人們知之甚少。在地球上的安全可能取決於更好地理解它——日冕中的爆炸事件可能對地球產生巨大的潛在危險影響。有一種物質從太陽的這一層源源不斷地流向星際空間,這種物質被稱為太陽風。科學家們第一次發現它是1859年在太陽耀斑之後,地球上出現了強烈的極光——也被稱為北極光或南極光。

顯然,它們的亮度足以讓人們在晚上看清報紙,這被稱為「卡靈頓事件」——耀斑產生的電流對電報系統造成了破壞。隨著社會越來越依賴科技,了解太空天氣並能夠預測它比以往任何時候都更重要。太陽的爆發會破壞和破壞太空飛行器、電力系統、航空、通訊和GPS系統。在適當的條件下,比如1859年的太陽耀斑噴發,可能會對全球經濟造成數千億美元的巨大破壞。


太陽的「黑暗面」

在日食外部,太陽日冕被直接來自太陽可見表面(光球層)的極其明亮的光所遮蔽。光球比日冕中最亮的區域還要亮100多萬倍,所以觀察日冕有點像研究一隻螢火蟲在燈塔附近盤旋的行為。科學家們將花費數年時間和大量資金,為這兩分鐘的日全食現象做準備。當月亮經過太陽的前面,擋住了太陽明亮的光斑,並在地球上投下深深的陰影時,就會發生日全食。

在幾個小時的過程中,陰影掠過地球表面的速度比協和式飛機還要快。「整體之路」(陰影所經過路徑的名稱)是如此之大,這條陰影跨越了海洋和大陸。幸運的是,日冕在日全食時展現出它所有的光輝。在這種情況下,「運氣」這個詞用得很恰當。想像一下,如果一顆有智能生命的有人居住行星上有一顆大小和距離都合適的衛星,那麼它出現在天空中的大小和距離都是一樣的,這樣它就能遮住太陽。

當月球覆蓋了太陽明亮的圓盤時,周圍大氣看起來就像一個微弱的光環,延伸的光線像皇冠一樣從太陽向外照射——因此得名日冕。為了安全觀察太陽並在日食期間研究日冕,需要光譜儀中的特殊過濾器。光譜儀通過一個狹長入口狹縫接收來自日冕的光,在日食期間,狹縫掃描來觀察整個日冕。光根據波長被分成三個通道,然後分散到探測器上,探測器記錄了等離子體的密度和溫度——科學家們無法通過其他方式獲得這些信息。


作為從衛星上觀測太陽任務的一部分,光譜儀最終可能駐留在太空中,持續觀測日冕。科學家們可以重建日冕的磁場、等離子體和其他特徵,最終弄清楚這個極端而神秘的環境,並幫助地球為它的情緒波動做好準備。利用日全食的機會來了解太陽的隱藏層,它可以極大地影響地球上的生命。與太空任務相比,它也相對便宜,可以幫助科學家開發新的太空探索工具。


博科園|文:Huw Morgan/The Conversation

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