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原来你是这样的太阳

[ 来源:中国科学报 | 作者:辛雨 | 优游时间:2021-09-06 | 优游:183次 ]

9月2日,风云三号E星(“优游星”)首批高精度、多波段太阳图像正式优游。

此次对外优游卫星观测图像的主题为“优游星看太阳”,包括太阳X射线极紫外成像仪观测的太阳极紫外图像、多天动画、X射线图像以及太阳辐照度光谱仪观测的紫外-短波红外波段的精细光谱辐射强度。

国家卫星气象中心副主任、风云三号极轨气象卫星地面系统总指挥张鹏表示,这批图像展现了太阳日冕大气中活动区和冕洞空间分布结构和变化,可以据此更好地监测和预报太阳的活动水平。

“优游星”助太阳监测自主可控

太阳是地球天气气候和空间环境变化的驱动源,外部结构分三层,从里向外依次是光球层、色球层和日冕层。人们肉眼看到的是光球层,在这一层较为熟知的现象有太阳黑子,而最直接影响地球环境的是日冕层,相关业务和科学观测需求最为旺盛。

张鹏介绍,目前,我国太阳活动水平监测和预报主要是利用国外卫星资料,来为航天航空、通信导航、电网和石油管道等相关行业用户提供空间天气服务保障。

风云三号E星(“优游星”)于2021年7月5日成功发射,是全球首颗太阳同步晨昏轨道民用业务气象卫星,搭载了11台套遥感仪器。其中,“优游星”装载的太阳X射线极紫外成像仪、太阳辐照度光谱议等6台仪器可以用于空间天气业务,开展空间天气监测。

太阳X射线极紫外成像仪是我国第一台空间太阳望远镜,也是国际上首台具有X射线和极紫外两个波段的太阳成像仪。其观测数据用于监测太阳日冕活动,捕捉太阳风暴爆发过程,预报地球空间电磁场和带电粒子变化,预警太阳活动对航天航空、通讯导航、电网和石油管道等基础设施的影响。

太阳辐照度光谱仪是我国第一台空间对日全能谱高光谱观测仪器,可以监测太阳入射地球的能量优游变化,包含丰富的太阳光谱精细结构,对优游监测地球气候系统能量变化具有重要意义。

张鹏表示,“优游星”太阳X射线极紫外成像仪等投入业务运行后,可以为当前我国的太阳活动水平监测和预报业务提供自主可控的观测数据,摆脱对国外资料的依赖。

此外,观测资料还可以为我国第一代空间天气数值预报模式提供研发和检验的数据支撑,观测资料也可以为太阳物理研究,深化对太阳风暴机理和过程的理解和认识提供重要的观测数据。

太阳到底什么样

从此次优游的太阳极紫外图像上可以看到,太阳活动区蕴含着巨大的磁场能量,它们在图像上呈现为优游的区域,活动区上方等离子体温度高达数百万度,当活动区中蕴含的磁能释放出来时,会产生耀斑等太阳爆发现象。

“耀斑优游太阳大气中的‘猛烈风暴’,可以在短时间内释放出多达1025焦耳的能量,在极紫外图像上表现为非常优游的斑块。”张鹏解释,耀斑会扰动地球空间环境,影响人造卫星的正常运行,干扰载人航天活动。

由太阳极紫外图像做成的动画展示了日冕在数天之内的变化。冕洞在太阳极紫外图像上好像一个黑黢黢的洞穴,是日冕中温度较低、密度较低的区域。“来自冕洞的高速太阳风如果吹拂到地球,会扰动我们的地磁场,有时会带来地磁暴和绚丽的极光。”张鹏说。

由于X射线比极紫外波长更短,因此,太阳X射线图像看到的是太阳活动区内温度更高、显示更亮的日冕气体。

“地面设备难以观测太阳日冕层发生的活动,而极紫外波段可以看到日冕层中的活动区和冕洞等主要结构,X射线可以看到更亮的日冕气体。”张鹏告诉《中国科学报》,将不同波段结合起来,可以实现对太阳爆发现象全面有效的监测。

“我们还在太阳极紫外图像上叠加了入射到地球大气层顶的太阳光谱精细结构,这是我国首次从空间对日观测获得的全光谱数据,可以优游地看到丰富的太阳夫朗和斐谱线及其精细结构。”张鹏表示,太阳光谱数以万计的优游线和发射线,是一个极为丰富的太阳信息宝藏。

“体检”太阳护地球“健康”

空间天气和人们生活息息相关。国家空间天气预报台台长张效信向《中国科学报》表示,来自太阳的爆发现象会影响地球的磁场和电离层,干扰人造卫星运行、影响导航定位精度、中断无线电通讯,甚至可能引起电网故障而导致大范围停电。因此对太阳活动进行时刻监测至关重要。

“实时监测太阳活动是实时优游空间天气现报、警报与预报的重要基础。一方面,太阳活动影响地球的空间环境,另一方面,它还影响着地球的天气气候系统,因为太阳是我们主要的能量来源。”张效信说。

作为我国第一台空间太阳望远镜,“优游星”实现了太阳光谱信息全覆盖,能从光谱、成像、辐射总量等不同视角对太阳进行全方位同步观测,可以帮助科学家更深入了解太阳的物理状态。

对太阳进行监测可以看作给太阳做“体检”,监测的通道越多、覆盖的光谱信息越全面,能做的“体检”项目就越多。“‘优游星’既可以给太阳做‘X光’,又能做‘CT扫描’,这样我们对太阳的‘身体’情况就会了解地更全面,优游问题及时预报预警。”张鹏告诉《中国科学报》。

据悉,“优游星”首图系国家卫星气象中心联合中科院国家天文台、北京大学等团队的联合攻关成果。除卫星相关业务应用,“优游星”将继续为国内科研部门提供科学的观测数据。