太空問答

日冕儀是干什么用的？

太陽有光球層、色球層、日冕，但我們看到的太陽光球層的白光太亮了，導致我們對色球層和日冕“視而不見”。要看見這兩個地方，就得等到日食的時候，中間的強光被遮住。太陽大氣最外圈的日冕的亮度是光球層的不到一百萬分之一，日食的時候可以看到它，也就是圖中太陽外圈的一圈白光。

日食不是天天都能有，但我們卻可以造出來。1931年，法國天文學家李奧（Lyot）發(fā)明了日冕儀。日冕儀最基本的原理是放一個遮擋板把光球層的陽光擋住，遮蔽了太陽光球圖像的同時允許日冕的圖像通過。遮擋盤通常是一個拋光的金屬錐體或者是一個傾斜的反射鏡（反射鏡可以把來自光球的輻射反射到單獨的光熱窗）。

為什么我們看月亮上有陰影？

中秋明月好似夜空中的明鏡，但鏡中總是有暗黑色斑塊，也就是奇形怪狀的陰影。我們的老祖宗看著月亮上的陰影，發(fā)揮想像，給月亮編寫了許多神話故事和別稱，比如想像月亮上有“廣寒宮”“嫦娥”“玉兔”“吳剛伐桂”，還有將蟾蜍視為月亮化身的。

早期人們觀察月亮注意到月面有部分地區(qū)較暗，在望遠鏡還不夠發(fā)達的時候，人們無法清晰觀察到月球表面，人們按照對地球的認識，猜測暗的區(qū)域是海洋，這也就是很多朋友都聽說過的“月海”；相對地把比較光亮的地方稱為月陸。其實，月海對應的是月亮上較為平坦的平原地區(qū)，它們接近鏡面反射，所以從地面上看往往是暗的區(qū)域。月亮上的高原地區(qū)地形凹凸不平，山頭起伏甚至組成了山脈，峰巒峻峭，蜿蜒數(shù)百上千公里，它們會把太陽光向四面八方反射開去。這些反射光來地球進入我們眼睛，我們看這些區(qū)域就明亮。也就是說，從巨大的尺度來考慮，平原接近鏡面，山地較為粗糙，就會出現(xiàn)明暗不同的區(qū)域。

什么樣的擾動叫地磁暴？

地球像個大磁鐵，有自己的磁場，地球磁場的北極在地理的南極附近，地球磁場的南極在地理的北極附近，因此地球周圍的磁力線大致從南向北，在坐標系的水平面的強度投影稱為水平分量。

地磁暴是全球性的地球磁場擾動，持續(xù)十幾個小時到幾十個小時的時間，其間所有地方的地磁要素都發(fā)生劇烈變化。其中地磁水平分量變化最大，其擾動幅度通常在幾十納特斯拉到幾百納特斯拉之間，最能代表磁暴過程特點。在地球赤道附近，按大致均勻的經(jīng)度間隔選取4個地磁臺站，這4個臺站每小時地磁水平強度變化的平均值即為Dst指數(shù)。這個Dst指數(shù)平時往往是負幾或者幾十，也有正值，都不大；但是在強擾動下變成-50以下，乃至負幾百，這就反映了地球整體的磁場出現(xiàn)了強的擾動，也就是地球磁暴。

從宇宙往地球看，極光是什么樣的？

極光，是出現(xiàn)在極區(qū)天空的絢麗多彩的發(fā)光現(xiàn)象，是彩虹般的神奇光帶，橫越千里，如煙似霧，搖曳不定。早在2000多年前就有對極光的記載，也由于其在空間科學方面的意義，至今仍不斷有大量關于極光的觀測和研究。

盡管從地面看，極光是天邊條帶的形狀，但從宇宙中向地球俯視，卻會發(fā)現(xiàn)極光不是在南北極上空完整的一塊“鍋蓋”，而是南北極附近的圓環(huán)形區(qū)域，還有那么點偏（強的一側是夜晚），好像一頭大一頭小的雞蛋似的，我們管它叫“極光地帶”或者“極光卵”。

太陽風可以“刮”到多遠？

2012年5月，旅行者1號探測器探測到銀河宇宙線在一個月之內上升了9%，這個上升是從2009年1月至2012年1月之間緩慢上升25%之后快速上升的，美國宇航局科學家認為可能這里就是日球層頂。后來美國宇航局宣布“旅行者1號”在2012年8月25日正式穿越了日球層頂，其距離為121個天文單位（180億公里）。

這個太陽風遭遇到星際介質而停滯的邊界叫做日球層頂（Heliopause），也稱為太陽風層頂，按照剛才說的“旅行者號”的探測，它的半徑為120個天文單位，厚度0.5個天文單位。在它身后，我們把太陽和太陽風影響的區(qū)域叫做日球層（Heliosphere）。日球層頂之外，行星際物質被認為可能因日球層頂而產生弓形激波（Bow Shock），在距離太陽230個天文單位的遠處，不過也有一些研究認為它不存在。

彗星的構造是什么樣的？

彗星自古是地面非常容易觀察也受到很多關注的天體。我們看到的“掃把”樣子的彗星的構成是怎么樣的呢？

簡單地說，彗星分為“彗頭”、“彗發(fā)”和“彗尾”三部分。彗星頭部的彗核是它的核心，在彗星頭部，由石塊、鐵、塵埃及氨、甲烷、冰塊組成，直徑很小，有幾公里至十幾公里，最小的只有幾百米；彗星接近太陽時，彗核的物質升華，在頭部彗核周圍形成朦朧的一團，叫做彗發(fā)，氣體的主要成份是中性分子和原子，其中有氫、羥基、氧、硫、碳、一氧化碳、氨基、氰、鈉等；彗星揮發(fā)物質在太陽風“吹拂”之下，拖成一條稀薄物質流的尾巴，形狀好像掃把，就叫彗尾。

為什么母天體彗星周期很長但流星雨每年都有？

流星雨的產生現(xiàn)在多被認為與彗星有關。然而，彗星的周期往往幾十年甚至成百上千年，例如產生英仙座流星雨的“母天體”被認為是周期為133年的斯威夫特·塔特爾彗星（109P/Swift–Tuttle），但英仙座流星雨是一年一度的，其他流星雨也是如此。為什么會這樣呢？

斯威夫特·塔特爾彗星的周期是133年，指的是這顆彗星繞太陽公轉，一圈是133年。在離太陽距離較近的時候（通常是兩倍日地距離左右），在太陽光的照射下，彗星母體上冰物質升華，它開始明顯地揮發(fā)和拋撒物質，迸射出無數(shù)彗星塵粒或碎片，它們組成的“塵埃團”在彗星離開后，也一直在繞太陽的軌道上。這些宇宙塵埃（流星體）進入到地球大氣時，與大氣摩擦、發(fā)熱、燃燒，就是我們看到的流星。那么，地球每年在運行到跟這些塵埃團相遇時或者所在運行的軌道時就會比平常有更多的幾率碰到這些星際塵埃，從而產生更多的流星，形成流星雨。

（中科院空間中心王錚供稿）