黑子爆发究竟什么样？给太阳做个CT吧
作者：张兰强、陈勇（中国科学院光电技术研究所）
NASA观测到的一次大规模太阳风暴
地球上的一切生命活动都与太阳息息相关。
太阳就像一个进入更年期的父母，平时很宁静，我们称之为「宁静的太阳」，有时也很暴躁，我们称之为「活动的太阳」。
宁静的太阳为我们提供光和热，促进农业生产、推动气候变化；活动的太阳则有大量的太阳活动并伴随着如日冕物质抛射、质子事件等对我们生产生活造成危害的事件发生，对我们的生活起到负面的作用。
「暴躁」的太阳
物质抛射时，有大量的带电粒子被抛入太空，若是朝着地球的方向进行物质抛射，则大量带电粒子会对地球上高压输电、输油管道、无线通信、航空航天等等造成重大影响。
著名的「魁北克事件」，「万圣节事件」，都是太阳活动对人类生活和财产造成重大损失的例证。
另外，近年来因为太阳活动导致航天器故障的事件也屡见不鲜，国内外的卫星故障分析表明，在所有卫星故障中，太阳风暴诱发的故障约占40％。
太阳活动对人类的影响
现代太阳物理理论认为，太阳是一颗基本稳定的恒星，它的辐射总量（其中大部分是可见光）变化很小。
然而，它的外层大气由于受到太阳磁场的支配，处于局部的激烈运动中，称为太阳活动。从某种意义上说，太阳活动可以通俗地比喻为太阳的「天气变化」。
我们不禁要想，能不能像天气预报一样，预测太阳活动的爆发呢？
太阳多波段层析成像
太阳活动模型
要想对太阳大气进行天气预报，就需要模型和积累的数据，获得数据的有效方式就是对太阳进行观测。
目前，世界上有诸多太阳望远镜，国内也有不少各种口径的太阳望远镜，通过这些望远镜，科学家们积累了大量的观测数据，可是，我们为什么还要开展多波段成像观测呢？这就要谈到太阳大气的结构了。
太阳大气是一个层状结构，整个太阳分为好几层，由内而外可分为光球层、色球层和日冕。
光球位于太阳大气的最底层，是一层不透明的气体薄层，厚度在500km左右。我们通常看到的太阳轮廓实际上就是太阳光球层。
在光球层外面2000km是色球层。色球层只辐射约1%的可见光能量，通常情况下很难看到，但是色球上可以看到谱斑，有时候谱斑迅速增强，就会形成耀斑。
再往外层空间就是日冕，厚度几百万公里以上，由很稀薄的完全电离的等离子体组成。等离子体主要是质子、高度电离的离子和高速的自由电子。
在太阳的辐射谱中，有许多谱线，有发射线，也有吸收线。这些谱线都不是无限窄的，总有一定的宽度。
不同的谱线或同一谱线轮廓上的不同部位，是在太阳大气的不同高度形成的，通过研究这些谱线可以获得一些重要的信息，有助于探求和建立太阳光球、色球和日冕的大气模型。
说到这里，大家应该明白为什么要对太阳进行多波段同时观测了吧。
太阳光的不同波长来自于太阳大气的不同层，同时记录太阳光不同波段的图像，就是对太阳的多波段层析成像，相当于给太阳做CT，可以清楚的了解太阳活动的演化过程，也就有可能在日冕物质抛射和质子事件等危害性太阳活动发生之前，做出预警。
获取的观测数据对建立太阳大气模型提供了数据支撑，这样天气预报需要的模型和数据都有了，就可以实现较为准确的空间天气预报了。
太阳活动预警模型
多波段层析成像观测结果
中国科学院光电技术研究所研制的7波段太阳层析成像系统，是目前世界上波段最多的多波段层析成像系统，其探测波长涵盖了太阳的光球层、色球层底部、色球层中部和色球层顶部。
其中4305 ?（编者注：?为光的波长单位，读「埃」，1?=0.1nm）、5550 ?、7057 ?和15653 ?对应太阳光球层；6562.81 ?的氢原子吸收线和8542.1 ?的Ca II 吸收线，对应色球层中部；10830 ?是He吸收线，对应色球层顶部。
在这之中，最窄的滤光器带宽只有12.5皮米（10^-12米），在随后的观测中，5500 ? 波段可以切换成通过带宽仅有3个皮米、对应色球层底部的5890 ?原子滤光器。
目前该设备已经与云南天文台1米新红外太阳望远镜对接，并进行常规观测。
太阳多波段层析成像结果
活动区AR 2529光球层的高分辨率演化图（TiO: 7057?, 7?）
活动区AR 2529色球层的高分辨率演化图（Hα: 6563?, 0.25?）
AR 2529是近期出现在日面上的较大活动区，光电所太阳大气高分辨力层析成像研究团队利用自适应光学技术实时补偿大气湍流引起的波前畸变，使成像系统的分辨力接近1米太阳望远镜的衍射极限；同时利用多波段层析成像技术，获取太阳大气不同高度的图像信息。
活动区AR 2529近期有多次小耀斑的爆发，一直处于活跃状态。
在2016年4月12日面积达到最大，约为20个地球的面积总和。
4月18日00:29 （UTC），产生了一个M6.7级的耀斑。
活动区AR 2529于4月16日05:05（UTC）爆发的小耀斑
太阳活动区在不同层具有不同的表现形式，在光球层表现为太阳黑子，具有本影、半影等精细结构；在色球层表现为暗条、谱斑等；在日冕表现为大尺度的爆发现象。
在太阳黑子上局部亮区域即为谱斑，谱斑亮度的突然增强，就会形成耀斑。它能在短时间内释放大量能量，引起局部区域瞬时加热，向外发射各种电磁辐射，并伴随粒子辐射突然增加，形成太阳风暴，影响日地之间的空间环境，对卫星、无线电通信和地面高压输电等技术系统带来多种影响和危害。
TAG:科学大院 |
※太陽黑子為什麼叫黑子？其實並不是因為它是黑色的
※你沒有總冠軍、你不配名人堂？看看麥迪今天怎麼怒懟黑子！
※太陽黑子去哪裡了？
※用OPPO是智商有問題？看數據如何狠狠打黑子們的臉！
※太陽黑子——活的！這傢伙在動！
※顫抖吧喬丹！《黑子的籃球》跟NBA合作了
※「前朝」黑子籃球主角們加盟NBA，這樣搭配你看合適嗎？
※寵事兒：她養的狗都叫黑子，但黑子卻再也回不來了
※鹿晗被黑這件事，讓人們看到了「黑子」的腦子裡都有什麼——對，你懂的！
※當《黑子的籃球 終極一戰》撞上NBA，會擦出什麼樣的火花呢？
※韋德推特怒懟黑子！我和勒布朗已經絕交了！你們滿意了嗎噴子們！
※黑子越多太陽就越暗嗎？
※《戰狼2》徹底火了，但為何這麼多黑子？它們都是誰？
※哇塞！魔法籃球《黑子的籃球》又齣劇場版了！不來吐槽一下嗎？
※麥迪到底配不配名人堂？杜蘭特這句話讓黑子們都閉嘴了
※金木研的初戀情人愛上了黑子哲也！還有什麼是不可能的？
※太陽黑子的秘密：黑子是如何聚集的
※聽說極限挑戰黑子不黑紅雷了，這期改黑劇本了，竟揚言再也不看了？
※球星面對黑子如何回擊？科詹做出這一動作，噴子立刻閉嘴！