今年6月，南京大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)、中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司第八研究院的科研人員通過分析我國(guó)首顆探日衛(wèi)星“羲和號(hào)”的觀測(cè)數(shù)據(jù)，精確繪制出國(guó)際首個(gè)太陽大氣自轉(zhuǎn)的三維圖像。相關(guān)論文13日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文學(xué)》上。

“羲和號(hào)“衛(wèi)星

自轉(zhuǎn)是所有恒星的內(nèi)稟屬性。恒星的自轉(zhuǎn)速度和規(guī)律對(duì)恒星的形成、結(jié)構(gòu)與演化以及恒星大氣與行星際空間的相互作用，都有至關(guān)重要的影響。因此，探測(cè)恒星自轉(zhuǎn)的規(guī)律，是現(xiàn)代天文學(xué)觀測(cè)的基本目的之一。作為離人類最近的恒星，也是唯一一顆可實(shí)現(xiàn)高空間分辨率觀測(cè)的恒星，太陽成為了科學(xué)家研究恒星自轉(zhuǎn)的重要標(biāo)本。

論文第一作者、南京大學(xué)博士生饒世豪介紹說：“太陽的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外可分為核心區(qū)、輻射區(qū)、對(duì)流區(qū)和大氣層。經(jīng)過幾十年的研究，科學(xué)界已基本探明太陽自轉(zhuǎn)的兩個(gè)重要規(guī)律：一是從輻射區(qū)到更外層的對(duì)流區(qū)，自轉(zhuǎn)速度存在明顯變化；二是自轉(zhuǎn)速度從赤道向兩極遞減?！比欢瑢?duì)于太陽表面的大氣層，其自轉(zhuǎn)有何規(guī)律，至今尚無明確結(jié)論。

此次，南京大學(xué)“羲和號(hào)”團(tuán)隊(duì)利用衛(wèi)星采集到的多譜線、全日面、高精度的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)太陽大氣層自轉(zhuǎn)規(guī)律有了較為精確的認(rèn)識(shí)。

“羲和號(hào)”是我國(guó)首顆太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了太陽Hα波段光譜成像的空間觀測(cè)。它可以同時(shí)獲取多條譜線的精細(xì)結(jié)構(gòu)，包括Si I（6560.58 ?）、Fe I（6569.21 ?）和Hα（6562.81 ?）譜線。

論文共同通訊作者、“羲和號(hào)”首席科學(xué)家丁明德教授表示：“利用這些譜線的高精度觀測(cè)，再運(yùn)用譜線形成的反演方法，我們可以推導(dǎo)出太陽大氣不同層次的多普勒速度場(chǎng)，相當(dāng)于給整個(gè)太陽大氣做了一次全方位的掃描，由此，我們也得到了國(guó)際首個(gè)太陽大氣多層次多普勒速圖?！?/p>

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分析結(jié)果顯示，太陽大氣的各個(gè)層次都呈現(xiàn)出自轉(zhuǎn)速度從赤道向兩極逐漸降低的規(guī)律。更精細(xì)的分析發(fā)現(xiàn)，越靠近太陽外層，大氣的自轉(zhuǎn)速度越快。這恰恰與直觀認(rèn)識(shí)相悖，因?yàn)槿绻紤]太陽高層大氣的轉(zhuǎn)動(dòng)是由低層大氣的粘滯效應(yīng)帶動(dòng)的，那么自轉(zhuǎn)速度應(yīng)該隨高度而降低。

對(duì)此，論文通訊作者、“羲和號(hào)”科學(xué)與應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師李川教授介紹：“如果外層大氣的轉(zhuǎn)動(dòng)是由內(nèi)層大氣的粘滯效應(yīng)帶動(dòng)的，那么自轉(zhuǎn)速度應(yīng)該隨高度而逐漸降低。”這種“反?！爆F(xiàn)象是由無處不在的小尺度磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)與太陽大氣“磁凍結(jié)”效應(yīng)造成的。

不同高度存在不同程度的磁凍結(jié)效應(yīng)，意味著離子與中性粒子的相互作用也不同，太陽大氣的加熱模型需要考慮這個(gè)因素。太陽高層大氣的較快的自轉(zhuǎn)速度，意味著太陽風(fēng)損失的角動(dòng)量不可小視，這對(duì)太陽自轉(zhuǎn)起到了“制動(dòng)”作用，因此隨著年齡增大太陽自轉(zhuǎn)會(huì)逐漸減慢。該項(xiàng)科學(xué)發(fā)現(xiàn)對(duì)理解太陽發(fā)電機(jī)、太陽大氣加熱、太陽自轉(zhuǎn)的長(zhǎng)期變化帶來重要的觀測(cè)證據(jù)。

“羲和號(hào)”科學(xué)總顧問、中國(guó)科學(xué)院院士方成介紹，“羲和號(hào)”2021年發(fā)射升空，至今仍在軌穩(wěn)定運(yùn)行，相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)由南京大學(xué)太陽科學(xué)數(shù)據(jù)中心向全球開放共享，已得到法、德、美、日等10余個(gè)國(guó)家的太陽物理研究學(xué)者應(yīng)用。國(guó)際著名天文學(xué)期刊《The Astrophysical Journal Letters》專門組織熱點(diǎn)專輯，報(bào)道“羲和號(hào)”首批科學(xué)成果（https://iopscience.iop.org/collections/Focus-on-Early-Results-from-CHASE），這是中國(guó)天文觀測(cè)設(shè)備首次在ApJ系列刊物上以專輯形式發(fā)表研究成果。

揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞  楊甜子

校對(duì) 王菲