“羲和號”首次獲得三種太陽譜線輪廓

文／金鳳

“‘羲和號’發射后，已經在空間首次同時獲得了太陽全日面Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線的精細結構和光譜成像，以及幾十個太陽耀斑的資料。”7月19日，在教育部“教育這十年”“1+1”系列發布會之高校科技創新改革發展成效新聞發布采訪活動中，中國科學院院士、“羲和號”科學總顧問、南京大學教授方成欣喜地透露這一最新進展。

“羲和號”全名“太陽Hα光譜探測與雙超平臺科學技術試驗衛星”，于2021年10月14日發射升空。“羲和號”的升空打破了我國無太陽探測專用衛星的歷史。

“我們現在也已經開始規劃對太陽的立體探測，從不同的角度看太陽。例如已經啟動了對‘羲和二號’的預研，準備用5年的時間，將其發射到拉格朗日點的L5點，那里太陽與地球的引力相當，衛星可以從側面來觀測太陽。另外，國內太陽物理界還擬再用不到5年的時間發射‘羲和三號’，對太陽的南北極進行觀測。”方成說。

首次在太空觀測到Si I譜線完整的輪廓

方成介紹，“羲和號”的高光譜分辨率和高時間分辨率的觀測，可以為太陽光球和色球做深度“CT”掃描。作為衛星主要的科學載荷，Hα光譜成像儀是太陽的專屬“攝影師”。它可在46秒的時間內完成4600余步全日面掃描，獲得超過1600萬個點的光譜信息，并獲得300余個波長點的太陽圖像。這些光譜潛藏著太陽光球和色球不同層次的大氣信息。

2021年10月24日零時52分，“羲和號”正式“睜開雙眼”，實現了初光觀測。

“值得一提的是，Hα光譜成像儀的像元光譜分辨率達到0.024埃，這比地面濾光器的分辨率提高了約10倍，能夠獲得更加精確的譜線信息。”“羲和號”科學與應用系統總設計師、南京大學天文與空間科學學院教授李川告訴科技日報記者。

觀測中，“羲和號”首次獲得太陽Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線的譜線輪廓。

方成介紹，太陽Hα譜線、Si I譜線和Fe I譜線是在太陽大氣不同的高度產生的。其中Hα譜線是太陽活動在太陽低層大氣中響應最強的譜線，Hα譜線線心形成在距離光球層最底部1300公里—1500公里左右，可以反映太陽色球層的信息，線翼反映了太陽光球層的信息；Si I譜線形成在距離太陽光球層最底部約五六十公里；Fe I譜線形成于距離光球層底部二三百公里。

“分析三條譜線的信息，可以揭示不同高度的太陽大氣物理量分布。”方成說。

與眾不同的是，以往在地面觀測時，Si I譜線被地球大氣的水分子譜線掩蓋，所以難以捕捉。而空間譜線信息不受地球大氣影響，“羲和號”實現了在國際上首次直接觀測到Si I完整的譜線輪廓。

“獲得Si I譜線后，就可以將其與其他譜線結合，反演計算出太陽大氣的溫度、密度，從而幫助我們研究太陽的大氣結構。”方成說。

全日面多普勒速度場精度高，相當于拿放大鏡看太陽活動過程

除了全日面光譜成像，“羲和號”還可以根據太陽活動情況，進行局部日面光譜成像和定點光譜觀測。

方成介紹，“羲和號”可獲得日面任一點的Hα譜線精細輪廓，因而能反演高精度的全日面色球多普勒速度場，這是以往觀測從未實現的。同時，“羲和號”也獲得了高精度的全日面光球多普勒速度場。通過像元光譜分辨率和譜線輪廓擬合分析，得到速度場精度優于0.06千米/秒。

這個數字有何意義？李川解釋，太陽對人類的影響特別表現在時有發生的耀斑和日冕物質拋射現象上。耀斑是太陽局部突然增亮的爆發活動。一個中等強度的耀斑，可發射出從伽馬射線到無線電波段的強大輻射，總能量相當于約10億—100億個原子彈爆炸。日冕物質拋射則是太陽上大規模物質爆發的現象，一次爆發能把約1億—10億噸物質拋射到行星際空間。

“太陽爆發拋射的物質，在太空中運動速度很快，往往每秒數百公里到一兩千公里，而速度也反映了物質的動能和受力情況。0.06千米/秒的精度，相當于拿著放大鏡看太陽活動的過程，進而了解這些爆發活動觸發的原因和傳播的過程。”李川表示。

目前，“羲和號”每天會產生約1.2Tb的原始數據，科研團隊在初步分析后，會將其生成為可供科學家直接使用的科學數據。