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4.25亿张高分辨率图像,一小时看完太阳十年延时视频,NASA发布太阳动力学天文台十年成果

作者: 学术头条

时间: 2020-07-12 17:19

一小时看完十年

【导读】美国国家航空航天局(NASA)的太阳动力学天文台(SDO)为庆祝其在太空的第 10 年,发布了一个令人着迷的太阳延时拍摄视频,该视频使用十年来每小时连续拍摄的恒星图像,将整个太阳周期浓缩为一个小时的镜头。

在过去十年中,NASA 一直关注着太阳,研究太阳如何产生太阳活动并驱动太空天气——太空中影响整个太阳系(包括地球)的动态条件。

自 2010 年 2 月 11 日发射以来,太阳动力学天文台(SDO)已收集数百万颗距离我们最近恒星的科学图像,为科学家们提供对其工作原理的新见解。SDO 对太阳的测量,从内部到大气,从磁场到能量输出,都极大地有助于我们了解离距离地球最近的恒星。

通过使用从 2010 年 2 月到今年 6 月拍摄的 4.25 亿张高分辨率太阳图像,NASA将整个太阳周期浓缩为61分钟的视频,其中每一秒代表一天中拍摄的图像,第一帧显示的是 2010 年 6 月 2 日的太阳,最后一帧则显示的是 2020 年 6 月 1 日。

影片显示了太阳在太阳周期中所经历的主要变化,在大约 11 年的时间里,太阳的北极和南极发生翻转,并且由于气体改变了恒星的磁场,开始出现太阳黑子。

4K 高清原视频:https://youtu.be/l3QQQu7QLoM

在 NASA 描述为“三合一仪器”的情况下,SDO 平均每 0.75 秒拍摄一次太阳照片,其中包括“大气成像组件”仪器“在 10 个不同波长的光下每 12 秒捕获一次”图像。但在缩时视频中并未使用 SDO 拍摄的所有图像。视频仅使用了一种在 17.1 纳米波长处拍摄的图像,其极紫外波长能让人眼看到太阳的金黄色,以及最外面的大气层(电晕)。

同时,NASA 还委托德国音乐家拉斯·莱昂哈德(Lars Leonhard)创作了《太阳观察》(Solar Observe)音乐并随录像一起播放。

在影片发布的声明中,NASA 解释了影片中存在一些空白帧的原因:“尽管 SDO 一直盯着太阳,但也会错过一些片刻。视频中的暗帧是由地球或月球在 SDO 越过航天器和太阳之间时造成的。” 此外,2016 年录像中的“较长时间停电”是由于临时 AIA 仪器问题导致的,该问题需要一周时间才能解决。

目前,SDO 将继续观测太阳直到 2030 年。以下是其执行工作任务以来的一些亮点:

一、梦幻的耀斑

SDO 目睹了无数惊人的耀斑,例如从太阳表面释放的巨大等离子体爆发。在最初的一年半中,SDO 观测到近 200 次太阳耀斑,使科学家发现太阳活动的这一新模式。太阳耀斑中大约有 15% 的耀斑有“ 后期耀斑 ”,会在初始耀斑后几分钟到几小时消失。通过研究这一特殊的类,科学家们对太阳爆发时能产生多少能量有了进一步了解。

二、太阳龙卷风

201 2年 2 月,SDO 捕获了显示太阳表面奇怪等离子体龙卷风的图像。此后的观察发现,这些龙卷风是由旋转等离子体的磁场产生,它们可以每小时 186,000 英里的速度旋转。而在地球上,龙卷风只能达到每小时 300 英里的速度。

三、巨型等离子波

太阳表面汹涌的等离子海可以形成巨波,以每小时 300 万英里的速度在太阳周围传播。这些波被称为 EIT 波,首次在太阳和太阳物理天文台航天器上发现,于 2010 年以高分辨率成像。观测结果首次显示 EIT 波如何在整个太阳表面上移动。科学家猜测这些等离子波是由日冕物质抛射驱动,这些抛射将等离子云从太阳表面喷出,从而进入太阳系。

四、可燃彗星

SDO 已观测到两颗彗星在太阳旁飞行。2011 年 12 月,科学家观察到洛夫乔伊彗星成功通过了太阳表面上方 516,000 英里的剧烈加热而幸免于难。2013 年的 ISON 彗星则未幸免。通过这样的观测,SDO 为科学家提供了有关太阳如何与彗星相互作用的新信息。

五、太阳热量流通

由于没有坚固的表面,试图逃离太阳的强烈热量随着太阳的旋转而不断流动。在中纬度处移动的是称为子午线环流的大规模环流模式。SDO 的观测表明,这些循环比科学家最初认为的情况更为复杂,且与太阳黑子的产生有关。这些循环模式可以解释为何太阳上某个半球有时会比另一个半球拥有更多的太阳黑子。

六、预测日冕物质抛射

太阳从日冕物质抛射(CME)中倾泻出的物质以及太阳风加速其在整个太阳系中的流动速度。当它们与地球的磁性环境相互作用时,它们会诱发太空天气,这可能对航天器和宇航员造成危害。NASA 科学家利用 SDO 的数据,研究了 CME 在太阳系中移动时的路径建模,以便预测其对地球的潜在影响。太阳观测的长期基线还帮助科学家形成了其他机器学习模型,以预测太阳何时释放 CME。

七、冠状调光

太阳细腻的过热外部气氛(电晕)有时会变暗。研究日冕变暗的科学家发现,它们与日冕物质抛射(CME)有关,而 CME 是严重太空天气事件的主要驱动因素,可能会损坏卫星并伤害宇航员。通过对用 SDO 观测到的大量事件进行统计分析,科学家能计算出地球定向 CME(最危险的一种)的质量和速度。通过将日光变暗与 CME 的大小联系起来,科学家希望能研究出其他恒星周围空间天气的影响,这些恒星由于距离太遥远而无法直接测量其 CME。

八、太阳周期时长

通过十年的观察,SDO 已观测出将近 11 年的完整太阳周期。在太阳周期 24 附近开始,太阳活动逐渐上升到太阳最大值,随后逐渐衰减到当前正在进行的太阳最小值。这些观测结果有助于科学家理解指示一个太阳周期减少和另一个太阳周期开始的信号。

九、极冠冕孔

有时太阳表面会被称为日冕孔的大型深色斑点所标记,那里的紫外线发射率很低。这些空穴遵循太阳周期,并在太阳最大时增加,且与太阳磁场有关。当它们在太阳的顶部与底部形成时,被称为极冠冕孔。科学家能够通过它们的消失来确定太阳磁场何时反转,即太阳何时达到太阳最大值的关键指标。

十、新的电磁爆炸

2019 年 12 月,SDO 观测到一种全新的电磁爆炸。这种特殊类型称为自发磁重连(相对于以前观察到的更常见磁重连形式)。该发现有助于确认已有数十年历史的相关理论,还可以帮助科学家了解为何太阳大气如此炙热,且可以更好地预测太空天气,在受控聚变和实验室等离子体实验方面取得新的突破。

在第 10 年中,SDO 加入 ESA-NASA 的新联合任务“ 太阳轨道器”。有了倾斜的轨道,太阳轨道器将能够看到 SDO 覆盖范围有限的极地地区。此外,太阳轨道器还有互补的仪器,可使两个任务一起工作,以创建太阳可见表面以下结构的 3D 图像,从而使科学家对未来几年的太阳活动有更深入的了解。

资料来源:

https://www.theguardian.com/science/2020/jul/01/ten-years-of-the-sun-in-one-hour-nasa-releases-mesmerising-space-film

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/ten-things-we-ve-learned-about-the-sun-from-nasa-s-sdo-this-decade

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