2020年1月29日,美国国家科学基金会的丹尼尔•井上望远镜(DKIST)终于睁开“巨眼”,观测到了目前世界上最清晰的太阳图像。DKIST位于夏威夷毛伊岛最高峰海勒卡拉山上,是现在世界上最大口径的太阳光学望远镜,它的主镜直径足足有4.24米。DKIST拍摄的当前世界上最高分辨率的太阳光球图像中,包含许多类似石榴籽一样的明亮不规则多边形,这些“石榴籽”叫做米粒组织。
但米粒组织并不像真正的石榴籽一样紧挨在一起,有暗黑间隙把它们间隔开。有些米粒暗隙中还会出现许多亮点或亮斑。最小的暗隙亮点,直径大约为30千米,接近曼哈顿岛的大小,快赶得上半个太湖。最小的暗隙亮点都这么大,而一个米粒组织的大小呢?图上标注显示,一个小米粒的大小抵得上美国德克萨斯州(约70万平方千米),接近我国青海省的面积(约72万平方千米)。
也就是说,DKIST能够看清太阳光球层上30千米尺度的细节特征!
太阳是一个气体大火球,质量的71%是氢,27%是氦,其他元素占不到2%。太阳核心的温度高达1500万度,密度是我们地球上水密度的150倍。这种极端条件下,太阳核心每时每刻都进行着四个氢原子聚变成一个氦原子的热核聚变反应,每秒钟大约有600亿吨氢元素参与聚变反应,约400万吨物质转变成能量。
根据爱因斯坦的质能方程,这些能量相当于9000万亿吨TNT炸药同时爆炸。正是这些能量供应着太阳散发光和热,照亮了整个太阳系。从核心向外,太阳的温度逐渐降低,到光球层时,温度已经降到6000度,而光球层内的对流层温度在几十万度。如此强的温度差,导致对流层上部和光球层之间有非常剧烈的物质对流运动,就产生了米粒组织。
除了DKIST,世界上还有其他的米级太阳光学望远镜,比如美国大熊湖太阳天文台的古迪太阳望远镜(GST),还有我国云南天文台的新真空太阳望远镜(NVST)。GST主镜口径有1.6米,位于美国加利福尼亚州南部的大熊湖畔,此处海拔2000多米,干旱少雨,大气视宁度好。
从GST对米粒组织的连续观测中,我们可以看到这些米粒组织一直变化着,永不停息,每个米粒都会经历出生,涨大,最后从中间出现一条暗隙,把成熟的米粒分裂成几个小米粒的过程,平均寿命约为8分钟。
未来,还会看到更清晰的太阳图像。DKIST能看到最清晰的太阳图像,除了因为“眼睛”大,还采用了一系列的先进观测支撑系统,比如现在世界上最复杂的自适应光学系统,长达13千米长的冷却系统等。除了太阳光球层,DKIST还会给我们带来色球层、内日冕和太阳磁场的高分辨率观测数据,能够揭示更多的太阳奥秘,有待解决太阳磁场的形成和演化,以及太阳日冕高温之谜,以及太阳风的加速等难题。