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[天文航天]NASA卫星10年间发现太阳表面4万次X射线爆发

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[导读]美国宇航局“小探险家”卫星10年内发现太阳表面4万次X-射线爆发。

(Everett/编译)据国外媒体报道,2002年美国宇航局发射的高能太阳光谱成像探测器 (HESSI) 进入轨道,数月后被重新命名为拉马第高能太阳分光镜成像探测器(RHESSI),以纪念长期从事太阳研究的科学家拉马第。主要任务是观察太阳表面出现的“大爆炸”(耀斑),炙热气体可飙升到2000万华氏度,科学家可以通过观察这些“指纹”来研究太阳表面发生的事件。由于X射线不能穿透地球大气层,就必须发射探测器在太空进行观测。观测目的其实也简单:旨在了解太阳为何如此“有效率”地发射出大量能量和粒子。

NASA卫星10年间发现太阳表面4万次X射线爆发

太阳动力学天文台拍摄的太阳表面活动图像(太阳表面升起的环状物为大日珥)

自该探测器发射以来,10年间共观测到了超过4万次由太阳耀斑引发的X射线,帮助科学家完善太阳表面喷发模型,以及为诸如太阳光球层以外大气等形状的研究和“雷霆风暴”产生的伽马射线提供科学依据。拉马第高能太阳分光镜成像探测器是一类被称为“小探险家”的宇宙飞船,由于任务目标的集中,因此成本可低于1.2亿美元。在探测器发射后不久,太阳活动达到极大期。在2001年,探测器观测到多次太阳表面发生的“大爆炸”,并释放出巨大的能量,包括了两次太阳耀斑和日冕物质抛射。

NASA卫星10年间发现太阳表面4万次X射线爆发

拉马第高能太阳分光镜成像探测器

美国宇航局戈达德空间飞行中心高能太阳分光镜成像探测器任务科学家丹尼斯(Brian Dennis)认为:正是由于RHESSI探测器出色的观测性能,使我们能将这些巨大的爆炸进行分类。现在我们了解到太阳外层大气产生的一次能量释放可以形成两种喷发形式,部分能量喷射入太空变成了日冕物质抛射;而另一部分回落到太阳表面形成了太阳耀斑。探测器十年来对太阳的观测都是基于唯一一台星载仪器,记录了X射线和更短波长的光,还有伽马射线。

此外,科学家也赋予了该仪器合成高分辨率太阳图像的能力,使得所监测到的能量释放源光谱可对应到图像上,这就有助于科学家在太阳表面图像上标出能量释放水平,同时也可跟踪能量的运动。例如,为了了解太阳耀斑是如何形成的,就应该知道这些能量是从何而来。在2002年4月15日的观测记录中出现了太阳耀斑,并显示出两个X射线源,其中一个分布于太阳高层大气,另一个则位于较低的大气中。探测器独特的光谱成像功能可解释当太阳大气中出现单一性的能量爆炸时,就会引发关键的触发启动,形成日冕物质抛射和耀斑。

因此,只要高能太阳分光镜成像探测器观测到伽马射线以及X射线爆发,科学家就能知道太阳表面到底发生了什么。这是因为X射线通常代表电子的活动,而伽马射线则代表质子和其他较重的带点粒子,也可称为离子。比较两者的分布情况也可有助于显示不同粒子群的移动。科学家已经发现了若干个太阳耀斑,包括RHESSI探测器在2003年10月首次拍摄的耀斑,反映了伽马射线源与X射线源并不一致的特点。这种空间差异完全是出乎意料的,也说明了在不同情况下可诱导不同粒子群的运动。

丹尼斯认为这个发现导致了太阳能量模型的新问题,电子和离子具有不同的质量,但是我们仍然希望他们会在一次太阳耀斑中出现在同一个地方。也许离子与电子的加速方式不同,最终沿着不同的磁感线运动,使两者分离。尽管该探测器是用于观测巨大的太阳耀斑,但是其还是捕捉到了超过2万5千个小规模的太阳耀斑爆发。科学家认为这些较小规模的耀斑在太阳大气能量传输中扮演重要的角色。

RHESSI探测器曾发现这些小规模的耀斑一般发生于太阳表面较活跃的区域,而这些区域大致分布在相同的纬度上,并于更大规模的事件有关。另一个有趣的结果则是探测器研究太阳的形状,由于太阳的自转,使得有些科学家认为太阳的形状是一个稍扁的球体,而不是一个完美的球形,与地球赤道部分稍微鼓出类似。在实际观测中,太阳赤道部分鼓出的程度比预测的还要大,这个发现提醒了科学家在研究太阳是不可忽视其自转这基本信息。

此外,为了保持完美的观测视向,RHESSI探测器精确记录着太阳地平线的位置变化,也可称为太阳临边。通过广泛的数据收集,科学家可以更好地测量太阳的形状。同时也监测整个天空的伽马射线闪光,根据当前数据显示,每天有多达400次的伽马射线闪光来自全球不同地区的雷暴天气。该探测器的最初计划仅工作两年,随后的数次扩展任务使我们收集到更多太阳表面“爆炸”事件,如今,美国宇航局日地关系天文台等已成为观测太阳的主力军。