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草原“天眼” 张目对日 为太阳做CT

发布时间:19-10-09 阅读:672

在我国北方内蒙古自治区锡林郭勒盟正镶白旗,有一片10平方公里范围的抛物面天线阵列,这便是草原“天眼”——明安图射电频谱日像仪(MingantU SpEctral Radioheliograph, 缩写为MUSER)。

图1 MUSER中间区天线阵 (照相:颜毅华)

MUSER用来做什么?

MUSER坐落在距正镶白旗政府驻地明安图镇中间30公里远的明安图不雅测基地内,位于东经115°15′,北纬42°12′处,海拔1365米,于2009年开始扶植并于2013岁尾落成。之以是选择这里扶植这么大年夜的射电日像仪阵列,除了由于当地优越的无线电情况能满意频谱日像仪的不雅测钻研前提,还由于明安图镇是清代精彩蒙古族天文学家明安图的故乡。

图2 MUSER三维模型图 (制图:国家天文台)

MUSER由分列于三条阿基米德螺旋线的100面抛物面天线组成,此中包括40面4.5米口径天线和60面2米口径天线,最远的两个天线相距3.2公里。这是国际上首次实现在厘米-分米波段上同时以高光阴、高空间和高频率分辨率的探测,首次形成太阳能量初始开释区的瞬间“三维”不雅测,类似于给太阳做快速CT,将填补日冕物质抛射(CME)在射电波段成像不雅测的科学空缺。

CME、耀斑活动及伴随的太阳高能粒子事故,是今世太阳物理钻研的核心科学问题。而太阳剧烈活动孕育发生灾难性空间气象事故,则是空间情况监测的主要工具。图3示意了不合波段不雅测大年夜致对应的太阳大年夜气高度范围,射电波段不雅测能够无裂缝地供给太阳扰动在全部日地范围内信息,对付太阳物理和空间气象钻研具有紧张意义。

图3 不合波段不雅测大年夜致对应的太阳大年夜气高度,X射线、紫外、可见光和红外均为能段、窄频段或谱线不雅测,所对应的太阳大年夜气高度范围较小,而射电波段则对应从色球、日冕到广阔的行星际空间。(底图:NASA网站)

用这么大年夜的阵列千里镜来看太阳,和通俗光学千里镜不雅测到的太阳可是完全不一样的。图4是不合波段不雅测到的太阳像,左一是MUSER在1.7GHz频率相近不雅测到的太阳像,另外三图分手是美国太阳动力学天文台(Solar Dynamics Observatory,缩写为SDO)不雅测到的可见光波段的太阳像、紫外波长171Å的太阳像和HMI整日面磁图。由瑞利判据,千里镜成像的空间分辨率=1.22×λ/D,λ是电波波长,D是千里镜口径。射电波段波长是光学波段波长的10³~10⁹倍,相同口径其空间分辨率显明低于光学波段,因而射电波段看到的太阳像更弥散。

图4 射电波段、可见光、紫外和光球磁场丈量的太阳像对照

四时风景各不合的MUSER

MUSER所处的不雅测基地具有蒙古草原的气候情况,四时天气各有特色。春天老是来得很晚,又那么短暂。冰雪溶解后,露出一层薄薄的枯草甸,春寒料峭,小草坚挺着新苗。纵然已临晚春,也要细看才能感想熏染到春天已光降(如图5)。

月份:4月中旬-6月初

匀称气温:5-20度

不雅测时长:8-9小时

图5 不雅测基地的春天 (照相:颜毅华)

夏天来得一样晚,一样的短暂。这里的夏天空气清新,气温凉爽,蓝天白云,碧草依依,草原伸张又宁静(图6)。远眺望去山坡上的羊群,好像彷佛片片白云飘绕,又好像彷佛粒粒珍珠撒落。夏天是基地最忙碌热闹的季候,每个夏季都有上万人次的天文喜欢者和旅客览胜不雅星,或看雨后彩虹(图7),或看夕照晚霞(图8),或在晴朗无月的夜晚,享受寂静美艳的星夜银拱(图9)。每年的8月13日前后,亮丽的英仙座流星雨(图10)登场,吸引着数以千计的天文喜欢者。

月份:6月中旬-8月中旬

匀称气温:20~25度

不雅测时长:9-10小时

图6 不雅测基地的夏天 (照相:颜毅华)

图7 雨后双虹 (照相:谭程明)

图8 列阵望霞 (照相:谭程明)

图9 星夜银拱 (照相合成:徐成)

图10 英仙座流星雨 (照相合成:徐成)

秋日来得略早,又那么悠然。这里是一片金黄的天下(图11),轻风吹来,草原翻卷起层层波浪,披发出一阵阵扑鼻的幽喷鼻。不雅测基地的初秋夜晚,还不至于冷得缩手冻脚,依然是不雅星的好时节。

月份:8月尾-10月初

气温:5-20度

不雅测时长:8-9小时

图11 不雅测基地的秋日 (照相:颜毅华)

冬天老是早早的光降,又迟迟不肯离别。“漫天雪花飘动”的天气着实不常见,由于当地干旱,雪花结成冰晶,像白花花的盐铺在草原上(图12),全部冬天都很难融化。对不雅测基地影响最大年夜的是“白毛风”,漫天飞沙似的雪粒刮到不雅测楼门口,厚厚的积雪堆到比人还高,堵住了出口(图13)。但有的时刻,奇幻的日晕则为孤独严寒的基地带来一抹壮丽的天气(图14)。凌冽的穷冬,抵挡不住天文学家探索太空的热心追寻。

月份:10月中旬-次年4月中旬

匀称气温:-20 ~5度

不雅测时长:7-8小时

图12 不雅测基地的冬天 (照相:颜毅华)

图13 不雅测楼门前的积雪 (照相:颜毅华)

图14 冬季日晕 (照相:颜毅华)

从选址到建站,从一片苍茫到百机列阵,从样机实验到老例不雅测,16年来,经历若干飞沙寒冷的极度气象。恰是科研职员的逝世守,而今百架天线,寒风中依然列阵监测来自太阳的阵阵电波。

如今,MUSER成功不雅测积累了800余天跨越300Tb的数据,不雅测到了70余个太阳射电爆发,为太阳物理和空间情况监测积累了国际上环球无双的太阳射电多层快速“CT”诊断数据,为探索太阳爆发的先兆旌旗灯号并追踪爆发的起源揭开了新篇章!

作者:颜毅华,中国科学院国家天文台太阳物理钻研部主任、明安图不雅测基地首席钻研员,主要从事空间天文和太阳物理钻研,主持研制了MUSER;谭程明,中国科学院国家天文台副钻研员,认真MUSER不雅测和频谱数据处置惩罚。



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