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翻译:王启儒
校对:牧夫天文校对组
后台:库特莉亚芙卡 李子琦 胡永葳 董腾晨
责任编辑:毛明远
天文现象种类繁多,对于那些不能直接观测到的现象,我们的研究该从何下手呢?科学家们想出了用“波”来做侧面研究。以地球内部的研究为例:对地震波的研究间接地让我们获得了地球内部温度、密度以及成分的相关数据。
地震波
Credits:Wikipedia
上述方案同样也适用在距离我们约1.5亿公里的太阳研究上,日震学由此诞生:通过分析太阳上存在的各种波,间接地获得太阳内部结构的数据以及太阳背面的影像。美国宇航局太阳动力学天文台(SDO)上的日震磁成像仪为日震学家的恒星模拟实验提供数据支撑。
陈博士是来自斯坦福大学的日震学家。她酷爱研究太阳科学,按照她的话说:“我喜欢对太阳进行研究,因为太阳给地球上生命的产生与演化带来了可能”。接下来,陈博士就日震学的相关问题给各位做出解答:
巧用成像原理观测日食过程的陈博士
Credits:RuiZhu Chen
什么是日震学?
太阳是一个炽热的等离子球,它的表面就像是烧开的水在振动一样。日震学便是通过跟踪和分析引起这种振荡的波,进而揭示太阳内部情况。日震学家们普遍认为太阳是一个封闭的空腔。而其内部的密度和温度等物理特性决定着空腔内波的振动模式。通过研究这些模式,我们可以大致推断出太阳的内部。还有一种研究方法就是让波穿透太阳,学名“时距日震学”,我所研究的领域便是这个。太阳的内部结构会影响波的传播,因此我们可以通过测量特定波穿过太阳某些区域的时间信息来推断太阳内部的结构和流动。
日震学研究都要用到哪些数据?
NASA为日震学研究设立了地基观测站和空间观测站,其中最常用的是太阳动力学天文台(SDO)。SDO搭载了一台用于测量多普勒效应的仪器,用以捕获太阳表面活动的多普勒图。
太阳表面图(左侧为日震磁成像,其中暗区和亮区代表压力波在太阳表面产生的振动。右侧为光球层SDO成像)
Credits:NASA
日震学研究到目前为止有哪些重大成果?
日震学的研究有助于我们了解并预测太阳的进化过程。其中最关键的问题是“未来的太阳活动周会是什么样子”。此外,磁场是如何产生的?太阳活动周期为何是11年?太阳活动周是否会维持下去?是什么导致不同周期的变化?这是近几十年来我们亟需解决的问题。为了解答这些疑问,我们必须掌握太阳内部结构的各种信息,日震学便为我们了解太阳内部提供了帮助。我们还可以利用日震学监测太阳的活动,诸如耀斑之类的太阳爆发将会对地球带来较大威胁。同时,我们还可以弄清楚太阳的背面是否有大的活动区域形成——这是我们无法通过直接观测获知的。这个技术将赋予我们一定的预测能力。
何种缘故让我从事日震学研究?
我热衷于用物理规律探索自然。我在大学主修的是天文学,而当我在斯坦福大学就读研究生时,我游走于各个天体物理学小组。小组课题涉及实验观测、仪器调试等。我做过一些与系外恒星和星系相关的模拟工作。但最后我还是选择太阳物理作为我的研究方向。我酷爱研究太阳科学,因为有非常多的观测和测量的数据等待着我去发现。太阳科学是帮助我们了解其他恒星运转的桥梁。整理日震学数据的感觉就像是在解谜或寻宝。每天沉浸其中,发掘新问题并找到解决方法,于我而言是一件振奋人心的事情。这个过程很有趣,有时也令人沮丧。虽然有些问题以现在的能力尚且解决不了,但研究的过程是十分有趣的。
太阳声波振荡在太阳表面和内部的模型
Credits:Wikipedia
研究日震学这段时间我个人有哪些收获?
用标准答案来说,随着认知的增长,人类会发觉自身的卑微。至少对天文学家来说是这样的。尽管太阳在整个宇宙尺度上非常渺小,但它距离我们足够近,以至于人们认为太阳比地球上的一切都要大得多。你每天都看到它,感觉到它,你知道它就在那里。我陶醉于这种研究既遥远又熟悉的东西的复杂感觉。
给同僚的建议
随着研究的不断深入,我越发地被太阳吸引。热爱和好奇心是搞科研最重要的东西。好奇心让你有能力去克服挫折和各种挑战。如果非要我给广大科研人员提一条建议的话,那就是:永远保有一颗好奇心和善于发现新事物的眼睛。
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『天文湿刻』 牧夫出品
微信公众号:astronomycn
NASA的新失重指示狗?
Credits:Twitter@NASA Artemis
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