太陽表面的“石榴籽”：米粒組織

2020年1月29日，美國國家科學基金會（National Science Foundation）的丹尼爾·井上望遠鏡（DKIST，Daniel K. Inouye Solar Telescope）終于睜開“巨眼”，觀測到了目前世界上最清晰的太陽圖像。

最清晰的太陽圖像是什么樣子呢？

DKIST第一次睜眼，看的是太陽光球層。圖像中包含許多類似石榴籽一樣的明亮不規則多邊形，這些“石榴籽”叫做米粒組織。但米粒組織并不是緊挨在一起，有暗黑間隙把它們間隔開，有些米粒暗隙中還會出現許多亮點或亮斑。最小的暗隙亮點，直徑大約為30千米，接近曼哈頓島的大小。而一個小米粒的大小抵得上美國德克薩斯州（約70萬平方千米），接近我國青海省的面積（約72萬平方千米）。

太陽光球層上的“石榴籽”是什么？

太陽是一個氣體大火球，質量的71%是氫，27%是氦，其他元素占不到2%。太陽核心的溫度高達1500萬度，密度是我們地球上水密度的150倍。這種極端條件下，太陽核心每時每刻都進行著四個氫原子聚變成一個氦原子的熱核聚變反應，每秒鐘大約有600億噸氫元素參與聚變反應，約400萬噸物質轉變成能量。根據愛因斯坦的質能方程，這些能量相當于9000萬億噸TNT炸藥同時爆炸。正是這些能量供應著太陽散發出光和熱，照亮了整個太陽系。

從核心向外，太陽的溫度逐漸降低，到光球層時，溫度已經降到6000度，而光球層內的對流層溫度在幾十萬度。如此強的溫度差，導致對流層上部和光球層之間有非常劇烈的物質對流運動，就產生了米粒組織。

對流運動在日常生活中很常見。我們在燒水或煮稀飯時，都是從底部開始加熱。底下溫度高，上面溫度低，高溫物質從下往上運動，在表層就會出現脹大并破裂的氣泡。這就是典型的對流運動的結果。天文學家們的實驗顯示，在鍋內倒入粘稠的液體，然后用電爐加熱，受熱的液體上下對流形成的氣泡形狀和變化與太陽米粒組織非常接近。

明明像“石榴籽”，為什么叫米粒組織？

這是因為在早期進行太陽觀測時，望遠鏡口徑小，分辨率不夠，只能看清太陽光球層上1000千米以上尺度的結構，而一個米粒組織的直徑就在1000千米左右。用小口徑望遠鏡觀測太陽表面，只能看到一個個的明亮小顆粒，就像是布滿了大米一樣。根據天文學家估計，整個太陽光球層表面大約有400萬個米粒組織。隨著分辨率從低到高變化時，太陽光球層的“米粒”也變成了“石榴籽”。

未來，還會看到更清晰的太陽圖像

DKIST能看到最清晰的太陽圖像，除了因為“眼睛”大，還采用了一系列的先進觀測支撐系統，比如現在世界上最復雜的自適應光學系統，長達13千米長的冷卻系統等。除了太陽光球層，DKIST還會給我們帶來色球層、內日冕和太陽磁場的高分辨率觀測數據，能夠揭示更多的太陽奧秘，有待解決太陽磁場的形成和演化，以及太陽日冕高溫之謎，以及太陽風的加速等難題。

DKIST：位于夏威夷毛伊島最高峰海勒卡拉山上，是現在世界上最大口徑的太陽光學望遠鏡，它的主鏡直徑足足有4.24米。