太阳不能动：日食

简介：　　 　　2020年5月30日，欧洲宇航局的太阳轨道飞机拍摄了该太阳远紫外线图像。这个波长有助于发现太阳的上层大气，即日冕，其温度达到100万度。视图：SOLAR ORBITER/EUI TEAM/ESA&NASA；CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL 　　执笔：NADIA DRAKE 　　我们对太阳有一定的了解，但是这个星球仍然有很多谜团。经过相对平静的7年，太阳越来越喜怒无常，人类的宇宙飞船已经准备好了，正在观察它的觉醒。这是从未有过的机会，科学家借用了这些宇宙飞船，了解到这颗烦躁的恒星会对我们相邻的星球产生怎样的影响。 　　就像周期性出现并消失的蝉一样，太阳也周期性地与岚经历了睡眠，间隔11年。这个周期周期与太阳内部的磁场活动有关，具体表现在太阳黑子和火炬等现象中。 　　科学家密切关注太阳的性情。因为太阳的无线电爆炸严重破坏了电网和通信系统（这些是现代文明中重要的技术）和轨道上和轨道外的探测器。但是，看不到太阳和行星系统的联系，摸不着，很难理解。 　　NASA的太阳物理学家James Klimuchuk说：“旁观者清，每退一步，我们怎么知道这么多呢？”。 　　现在，下一个太阳活动周期开始，预计2025年前后达到顶峰。这次，太阳从睡眠中醒来，NASA的帕克太阳探测器一直低着头，和太阳的距离比其他任何一架都近。 　　一想到这些，我总是很兴奋”。“我觉得这是我留在NASA总部的唯一理由。那是帕克太阳探测器。” 　　欧洲宇航局的太阳轨道飞机也在太阳周围飞行，会给我们带来第一次观察太阳极点的好机会。在这个任务之前，很多科学家只能观察从地球上看到的太阳表面，但是观察极点对于理解磁场活动和太阳活动强度的周期变化很重要。 　　让宇宙爱好者更加兴奋的是，这次周期的最大期日全食，也就是2024年4月在北美地区被目击。月亮遮住太阳的话，日全食路径的人们能看到太阳上层的大气的精致的环，也就是日冕，是接近太阳活动的极大期的壮观的景象。 　　它给我们（能源）到处涌来的感觉，充满了活力；Guhathakrta说。 　　终结者事件 　　太阳专家认为下一个周期开始了，关于这次太阳活动有多强，各方面的议论不绝于耳。2020年9月，第25个太阳周期预测小组发表了第25个太阳周期开始了，预测了此次的太阳活动比较平稳。传统上，这些预测是基于太阳黑子的数量，即太阳表面瞬间消失的暗斑点。太阳黑子出现在磁场强的区域，随着太阳活动的强弱而变化。 　　2019年12月，科学家记录了太阳黑子的最小值。这个观察结果显示了第24天的太阳周期的结束，预测队说根据之后黑子开始再现的速度，第25天的太阳周期的强度与第24天相似，比较平稳。 　　但是，其他太阳活动周期的专家得出结论，第25个太阳周期是1755年记录以来最强的周期之一。马里兰大学巴尔的摩分校的Robert Leamon和他的同事并不是计算太阳黑子的数量，而是根据他们所谓的“终结者事件”（terminator），预测了上次太阳活动周期的所有磁场活动消失的时间点。太阳黑子的变化通常与这个变化一致，但是真正的终结者事件比太阳黑子的最小值晚12～18个月的情况很多。 　　我想告诉所有人，除了太阳黑子之外，还有更多的太阳活动”，Leamon的团队在《太阳物理学》杂志上发表了完全不同的预测结果。 　　通过描绘270年的终结者事件，Leamon和同事发现，两个事件之间的时间间隔与下一个循环的强度密切相关，间隔越短强度越强。这是当前情况，间隔短，第25个周期的磁场活动将在今后几个月内开始。 　　我们已经接近了；Leamon说。“那时，可以看到太阳的活动大幅增加。” 　　抖动预测 　　强烈的太阳活动周期会给地球带来不少麻烦吧。太阳黑子带来大规模的爆炸，即太阳火炬，这些火炬会向宇宙释放大量的射线和带电粒子，即日冕物质。足够强的日冕物质的释放与地球发生碰撞，有可能引起破坏性的地磁暴动。 　　最有名的地磁暴动发生在1859年，第10个太阳周期被称为“卡林顿事件”。那个乱发了电报，让操作者大吃一惊。极光也带来了，从加勒比海到远处可以看到极光。今天，这种强度的地磁暴动会带来毁灭性的破坏吧。电力网崩溃，卫星麻痹，轨道上的宇航员危险，改变计划的航线，地面通信系统无法通过地球的上层大气。 　　强度弱的喷火也很危险。1989年3月12日，日冕物质的释放对地球造成影响，电力网烧毁，魁北克省全体停电，被困在电梯和隧道里，但这次事件的强度只不过是卡林顿事件的一部分。在轨道上，多个卫星一时变暗，无法维持高度，同一天之前发射的发现号航天飞机的传感器也发生了故障。 　　太阳活动对地球的影响被称为“宇宙天气”，长年以来，科学家对太阳变成危险的时间进行了微调。更准确地预测太阳风暴意味着天气预报可以更好地保护脆弱的基础设施，让暴风雨中沿途的人们做好准备。 　　我们不能阻止太阳的产生，但是如果有足够的警报，希望通过切换替代电力网来减轻破坏的程度；美国天文学太阳物理系公共政策委员会主席，肯德基大学Gordon Emsee说。 　　意识到太阳风暴的破坏力，美国政府于2020年10月通过了《宇宙天气研究和预报法》。该法案要求政府各机关共同合作，解开宇宙天气之谜，提高预测能力。这意味着太阳爆炸是如何发生的，日冕物质的释放是如何通过宇宙的，同时优先设置各种监视程序和卫星。 　　“观察并分析微降暴流、龙卷风和飓风的话，可以更好地理解宇宙的天气也是这样的。”。 　　宇宙机构已经在地面和轨道上设置了很多太阳观测望远镜，带来了很多波长的观测图像。最近追加的两艘宇宙飞船向科学家明确了太阳的正面状况。科学家利用探测器提供的数据，开始揭开太阳之谜。 　　聚焦于“营火”火炬 　　2020年2月，欧洲宇航局的太阳轨道飞机被发射，现在正在太阳周围运行。借助金星的引力，将自身塞进能看到太阳极点的轨道中。现在，飞机正忙着利用各种各样的飞机装备来研究太阳，理解对地球的影响。 　　去年5月，这些照相机观测到在太阳的低层大气中发生了约1500次微火炬。或者，根据太阳的基准，这些火炬属于微。因为一部分火炬会越过整个星球。这些小型火山喷发持续了数十秒，研究小组称之为“野营火”。 　　 　　2020年5月，欧洲宇航局的太阳轨道飞机拍摄了该高分辨率图像，可以看到“营火”的火炬特征，可以长期解谜。为什么太阳上层的大气温度要比表面高得多。视图：SOLAR ORBITER/EUI TEAM/ESA&NASA；CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL 　　这是人为创造的观察用语，描述了非常短时间内爆炸的非常小的火炬，但它们到处都有；欧洲宇航局的太阳轨道飞机项目的科学家Daniel Muller说。 　　营火发生在安静的区域，磁场线扭曲，缠绕，像超过负荷的橡皮筋一样扭曲，产生营火。这些磁场线在断裂后重新连接，释放热量，产生微小的火炬。4月末，在欧洲地球科学联合会的会议上，科学家发表了这些营火释放出的能量足以说明长期以来的谜团。 　　太阳表面温度约5480度，日冕达到了100万度。这一个世纪以来，太阳物理学家一直试图解开这个谜团。 　　“简直就像你离开火炉100米远一样，突然热起来了。”。“为什么会变成这样？”北京大学的陈亚杰领导小组通过模拟闷热的太阳表面，计算出这些营火产生的热量足以温暖日冕。 　　这些模型现在更完整，可以相信模型的结论；他说。模型表明我们的研究方向是正确的。 　　这可能不奇怪，据NASA的Klimchuk先生说，野营火好像是更大的纳米火炬，即小型太阳爆炸。1988年，物理学家Eugene Parker提出了纳米火炬加热电晕的模型。 　　在新的研究中，露营火在安静的地区发生，向太阳大气放出热量等，有很多无法说明的现象，纳米火炬在更高的地方发生，在活跃的地区特别激烈。对太阳轨道飞机的观测有助于科学家更好地理解这种现象。 　　但是，关于太阳，最需要回答的问题是如何生成磁场并控制磁场。 　　这个非常重要的问题是；Leamon表示，在太阳周围运行的宇宙飞船正在寻找这个问题的答案。 　　太阳磁场是从内部的高温气体搅拌而来的，也就是所谓的“太阳发电机”。在这个系统中，磁场线在太阳表面喷射扩散。为了理解这个过程，需要观测太阳的极点，为了将宇宙机推到极点观察轨道需要能量，科学家很难展开这项研究。太阳轨道飞机在太阳的极点上空停留了几年，收集这个地区的数据，带来解开这个谜的重要线索。 　　另一方面，NASA的帕克太阳探测器接近太阳，在太阳的上层大气中也进出。这意味着第一次遇到第25个太阳周期。这是科学家第一次近距离研究太阳从睡眠中醒来，帕克太阳探测器收集的信息与太阳活动对地球的影响相结合。 　　壮观的日全食 　　在这个太阳活动周期里，不需要乘坐宇宙飞船，可以看到太阳活动。2024年4月8日，月亮在地球和太阳之间运行，完全遮住太阳。这次的日全食持续了将近4分半，在德克萨斯州到缅因州的狭窄地带可以看到，发生在太阳活动的最大期。 　　作为日食爱好者，1991年在墨西哥海岸第一次看到日全食后，一直追赶着这一天。对她来说，那是一次惊人的超实验经验。 　　她说：“那会改变你。”。“深入思考宇宙、宇宙和我们的关系，促使我们思考人类最基本的问题。” 　　这次的日全食和2017年不一样。那时，在美国大部分地区都能看到日全食，但是太阳活动变弱，日冕变得相当平静。 　　日冕通常被太阳光覆盖，从太阳表面延伸数百万公里。但是，日食的过程中太阳被遮住，观众可以看到纤细的封面，看起来像闪闪发光的圆圈，装饰着黑色的月面。 　　太阳活动的极小期日食，在太阳赤道附近可以看到日冕流等特征，在月缘附近有少量的小火炬。在太阳活动的最大时期，日冕将成为最壮观的景象。 　　不仅在赤道，在极地地区也能看到很多的冠流”。“我们可能会捕捉到日下午29666人；以及火炬的后环。” 　　只有在月亮完全遮住太阳后，才能看到冠流和其他现象，也是唯一一个用裸眼直视太阳的安全时刻。我们可以慢慢地掠过月球的表面，看到这壮观的景象，新月渐渐远去，奇妙的微光不断增强，我们需要戴上防护镜。即使我们不怕，面对太阳的飞机也必须严格保护。 　　日冕活跃在月球后方，精致的环和日冕流追逐着看不见太阳的磁场线，解开科学之谜。 　　（译者：Sky4）