太阳是宇宙中距离我们最近的恒星,距离地球只有1.5亿公里。和动辄几光年甚至几万光年的其他恒星相比,太阳可谓是近在咫尺。
这给了人类一个很好的机会,如此近距离的样本,让我们能够更好地研究恒星这种天体。可是,即便有着这样近水楼台的机会,我们对太阳的了解仍然非常有限,也仅仅对太阳表面有着一些了解,很多秘密仍然隐藏在太阳表面之下。另外,由于距离太近,太阳过于耀眼,也给我们的观测带来了一定的难度。
为了更好地了解这颗孕育了我们的恒星,科学家们建造了无数的探测器来对它进行研究。2012年,GREGOR太阳望远镜在西班牙加那利群岛正式落成,开始了对太阳的观测。GREGOR是世界上最强大的太阳观测设备之一,并且在最近还经历过一次升级,并且拍摄到了一张前所未有的高分辨率太阳图像,展示了炽热太阳表面的惊人活动。
我们知道,一台望远镜的关键指标之一就是分辨率,指的是能够对多小的角度进行分辨。之所以夜空中的星星全都只有一个光点,也是因为人眼的分辨率不够所导致的。GREGOR的分辨率非常高,即使在远隔1.5亿公里的地球上,也能对太阳表面相距50公里(31英里)的两个点进行分辨。
莱布尼茨太阳物理研究所(KIS)的物理学家Lucia Kleint兼任GREGOR的首席科学家,他介绍这一次GREGOR的升级过程说:“这是一次非常令人振奋、同时又充满了挑战的工程,在短短一年的时间里,我们对从光学、力学和电子学的方面给它进行了彻底的改造,以求能够获得最佳的图像质量。”
说来也有点意思,今年的新冠肺炎疫情让很多事情都被延后或者延缓,对于很多科学研究也是一样的,但是它反而成为了GREGOR项目的一个助推器。KIS的官网上前不久还发布过一篇文章打趣说:由于疫情导致的封锁,该项目的科学家从3月份开始就被“困”在天文台中。再加上年初的西班牙罕见暴风雪,让这些科学家既无法观测,又无法休闲。
(图片说明:GREGOR及其重新设计的光学系统)
我们普通人被关在屋子里就只知道打游戏看剧,但是这些科学家并没有荒废时间,索性潜下心来思考如何提高GREGOR的能力,并着手进行光学方面的改造。他们需要解决的问题有两个,一个是彗形像差,另一个就是散光的问题,这两个问题会导致图像的模糊和扭曲。
为了解决这两个问题,他们打磨了两面新的镜片。这个两个镜片都是离轴抛物面镜,并且为了保证成像能力,其平整度极高,其精度甚至控制在了人类头发丝的1/10000以内。
直到7月份的时候,GREGOR太阳望远镜终于在改造升级后迎来了重新的开放,该团队的科学家们迫不及待地启动望远镜,体验它强大的观测能力。很快,GREGOR改造后的第一张高分辨率太阳照片被拍摄了下来。
在图中,我们可以看到太阳表面的对流单元紧凑地排列在一起。其中,每一个单元的内部都比较明亮,这里是太阳内部炽热等离子体升起到太阳表面的地方。当它们突破太阳表面时,就像一起气泡一样冲出来,然后逐渐冷却降温,最后在周围回到太阳内部,也就是每个单元较暗的区域。
当然,大家也不要误解。即使是所谓的冷却降温,也有几千摄氏度的惊人温度。而且,这里的每一个单元看似很小,实则一颗普通的对流单元的直径都可以达到1500公里(930英里),八个这样的单元并排在一起就几乎和地球直径一样大!
他们在7月30日拍摄的这张太阳照片更加震撼,在图中,我们可以看到一颗孤单的太阳黑子。太阳黑子并非真的是黑色,只不过是由于温度相对周围要低一些,所以看起来像是黑色的。同样的,这种低温也是相对的,它实际上也有约4000摄氏度。
太阳黑子是一种常见的太阳活动,多年以来也一直受到科学家们的关注。在这里,有太阳磁场的断裂、扭铰和重联等复杂的过程。磁重联是一种非常特殊的磁场现象,磁场线会发生断裂,与其他磁场线联结在一起,同时释放出巨大的能量,因此又被称为磁场湮灭现象。这些能量会以耀斑或者日冕等方式释放出来,甚至可以影响到1.5亿公里之外的地球,干扰人类发射的人造卫星或者其他电子设备。
太阳活动不仅仅会影响人类的电子设备,还会影响到整个地球。遗憾的是,由于研究还不够多,太阳活动到底会在哪些方面、在多大程度上影响地球,我们还并不完全了解。可以肯定的是,它对于地球的气候如水文、气象等都有一定的影响,还会影响到地球的磁场。
至于其他未知的领域,我们就更难说清了。甚至如《流浪地球》中形容的情况,虽然目前没有迹象,但我们也 不敢肯定就不会发生。太阳是距离我们最近的恒星,这给地球的生命提供了基础;但如此近的距离,一旦发生没有预料到的情况,同样也非常危险。
因此,科学家们才会不遗余力地发射太阳探测器,对它进行研究。在太阳“发威”之前能够预警,将是科学家们不懈努力的目标之一,也是人类持续生存在地球上的关键。