全球最大太阳望远镜首次成像，以空前细节捕捉太阳表面，揭示其炽热的本质

据美媒4月30日报道，全球最大太阳望远镜——美国国家科学基金会丹尼尔·K·井上太阳望远镜最新发布的一张太阳图像，以前所未有的细节展示了这颗离我们最近的恒星的表面，揭示了其炽热而复杂的本质。

据新闻稿称，这张图像是由该望远镜的新型可见光可调滤波器拍摄的首张图像。该仪器能够以前所未有的近距离，构建太阳表面活动的三维视图。

这张特写图像以每像素10公里的尺度，揭示了太阳内层大气中心附近存在一群面积堪比大陆的暗黑太阳黑子。

这些黑斑标志着太阳表面存在强烈的磁场活动，是太阳耀斑和日冕物质抛射可能发生的区域。日冕物质抛射是从太阳外层大气中爆发出来的大团电离气体（即等离子体）和磁场。

美国国家科学基金会井上太阳望远镜仪器项目科学家弗里德里希·沃格在一封电子邮件中表示，像这张在12月初拍摄的详细图像，为科学家了解并预测潜在的危险太阳天气提供了重要途径。

“19世纪的一场太阳风暴（卡林顿事件）据说能量巨大，甚至引发了电报站的火灾”，沃格说，“我们需要了解这些现象的物理驱动因素，以及它们如何影响我们的技术，并最终影响我们的生活。”

他解释说，太阳释放的这些能量爆发会与地球自身的电磁场相互作用，从而干扰电力网和卫星通信网络等关键基础设施。

太阳的活动周期为11年，期间会经历高活动期和低活动期。去年10月，来自美国国家海洋和大气管理局、美国国家航空航天局以及国际太阳周期预测小组的科学家宣布，太阳已达到活动高峰期，即太阳极大期。在极大期期间，太阳的磁极会翻转，太阳表面也会出现更多的黑子。

预计这一极大期将持续数月，因此，对于井上太阳望远镜来说，此时正是利用其拍摄的太阳动态表面壮观图像，加强仪器测试的好时机。

近距离观察太阳

科罗拉多大学博尔德分校环境科学研究合作研究所的研究科学家马克·米施表示（他并未参与此项研究），太阳就像炉灶上沸腾的汤，热量从太阳核心逃逸，并通过流体运动上升到太阳表面。

米施说，太阳黑子就像是“磁塞”，或是恒星复杂磁场中的纠缠，它们阻止了热量到达太阳表面。因此，太阳黑子发出的光线比太阳其他区域少，在图像中显得更暗，温度也比周围环境低。不过，他补充说，太阳黑子“仍然比地球上的任何烤箱都要热”。

太阳表面明显的纹理来自其内部不同的密度和温度，这些层次类似于洋葱的结构。米施说，通过像调谐收音机一样“调谐”到不同的波长或颜色，VTF提供了一种探测这些不同层次并观察它们之间发生的情况的方法。

换句话说，虽然个人相机拍摄的图像使用的是同时包含多个波长的光线，但VTF作为一种成像光谱偏振仪，会逐一过滤可测量的波长。

为了实现这种过滤，该仪器使用了一个法布里-珀罗干涉仪——由两块仅相隔几微米的玻璃板组成。

“其原理与降噪耳机类似：当两个具有相似波长的波在同一路径或交叉路径上传播时，它们会相互作用，要么相互抵消，要么相互增强”，沃格说，“被‘困’在这两块玻璃板之间的光波会发生干涉，而玻璃板之间的距离会决定哪些确切的‘颜色’的光能够通过，哪些会被抵消。”

在短短几秒钟内，这一强大的仪器就能通过不同的滤波器捕捉数百张图像，并将它们合并成一个三维快照。

然后，研究人员可以利用这些图像来研究太阳大气不同层次中的温度、压力、速度和磁场结构。

“看到那些首次光谱扫描图像时，我感到一种超现实的感觉。这是望远镜中其他任何仪器都无法以同样方式实现的”，美国国家太阳天文台的高级光学工程师斯泰西·须江（Stacey Sueoka）博士在一份声明中说。

未来展望

这一成像光谱偏振仪是十多年研发工作的结晶。VTF位于美国国家科学基金会国家太阳天文台，坐落在夏威夷茂宜岛海拔10000英尺（3000米）的哈雷阿卡拉火山山顶，占据了井上太阳望远镜的多层空间。

沃格说，VTF由德国太阳物理研究所设计并建造后，其部件被跨越大西洋和太平洋运送，然后重新组装——就像“瓶中船”一样。

研究团队预计，该工具将在2026年前全面投入使用。

“这一技术成就的意义如此重大，以至于人们可以很容易地认为VTF就是井上太阳望远镜的‘心脏’，而它现在终于在属于自己的位置上跳动起来了”，德国太阳物理研究所的VTF项目科学家马蒂亚斯·舒伯特博士在一份声明中说。

太阳望远镜是科学家们为更好地了解太阳及其风暴天气模式所做的几项最新努力之一，其他努力还包括欧洲航天局和美国国家航空航天局于2020年联合发射的“太阳轨道飞行器”（Solar Orbiter），以及美国国家航空航天局的“帕克太阳探测器”，后者是首个“触摸”太阳的航天器。