对于太阳能科学家陈瑞珠来说,太阳是终极谜题

我们如何研究我们无法直接观察到的事物的结构?一种方法是分析波如何穿过它。这就是我们探测地球内部的方式。我们通过研究地震和其他大规模破坏产生的地震波,了解了它的密度、温度和成分。

我们用来研究我们脚下的地球的同样技术可以帮助我们想象 9300 万英里之外的东西:我们的太阳。太阳科学的一个分支称为日震学,它使用波测量来了解太阳的内部结构和远侧表面。美国宇航局太阳动力学天文台上的日震和磁成像仪是日震学家 用来帮助模拟我们恒星的数据的主要来源。该仪器收集有关太阳表面气体运动的信息。

Ruizhu Chen 博士是加利福尼亚州斯坦福市斯坦福大学的日震学家。她喜欢研究太阳,因为它会影响地球上的生命,而且有大量可用数据,她用这些数据来拼凑太阳的结构。

(为了篇幅和清晰起见,对以下采访进行了编辑。)

什么是日震学?

太阳是一个炽热的等离子球,它的表面很像沸水的表面。日震学涉及跟踪和分析引起这种振荡的波,以揭示有关太阳内部的信息。

有两种研究日震学的一般方法。全球日震学家认为太阳是一个封闭的空腔。太阳的内部密度和温度等物理特性决定了空腔内波的振动模式。通过研究这些模式,日震学家可以推断出太阳的内部是什么样的。

另一种方法是分析波如何穿过太阳。我所做的时间-距离日震学涉及测量和跟踪波穿过太阳某些区域所需的时间。内部结构会影响波的传播方式,因此我们可以使用该信息来推断太阳内部的结构和流动。

你使用什么数据?

我们既有地面观测,也有卫星观测。最常用的数据源之一是美国宇航局的太阳动力学天文台。船上有一个仪器可以测量多普勒效应——当警报器经过时音调发生变化时,您会在地球上注意到这种效应。太阳的表面起泡,所以有时一部分可能会向我们移动,有时会远离我们。如果我们测量多普勒效应,我们就可以看到这些运动并获得太阳表面活动的多普勒图。

来自太空的图像揭示了太阳表面光球层的混乱运动。自 2010 年以来,美国宇航局太阳动力学天文台 (SDO) 航天器上的日震和磁成像仪 (HMI) 仪器一直在观察光球层上的振荡太阳物质。球体的左侧是 HMI 图像,其中暗区和亮区代表压力波在太阳表面产生的振动。右侧显示了光球层的 SDO 图像。

关于太阳,日震学可以教给我们什么?

它可以用来理解和预测太阳演化的大图。太阳科学的主要问题之一是未来的太阳周期会是什么样子。太阳周期是太阳磁活动的 11 年周期。磁场是如何产生的,为什么会有这 11 年的周期?这个时期是如何维持的?是什么导致不同周期的变化?这些都是我们几十年来一直在研究的重大问题。对于这些研究,我们需要关于太阳内部结构的信息——越精确越好。这就是日震学介入以提供有关内部的约束和信息的地方。

我们还可以使用日震学来查明和监测太阳的活动区域,这些区域可能会产生像耀斑这样的太阳爆发,这些活动可能会影响地球上的我们。我们可以弄清楚在太阳的远端是否有大的活动区域形成——这是我们无法直接观察到的——在它们旋转到可见侧之前。这给了我们一些预测的力量。

您是如何决定成为日震学家的?

我喜欢从物理学的角度探索世界。我在大学时主修天文学,然后当我在斯坦福大学开始研究生学习时,我在天体物理学的几个小组中进行了轮换。有些涉及实验室工作,例如测试仪器。我还做了一些与更远的恒星和星系相关的模拟工作。但最终,我选择了太阳物理学作为我的研究领域。

我喜欢研究太阳,因为我们有很多详细的观测和测量可用。这使它成为我们了解宇宙中恒星如何工作的最佳场所。查看日震学数据感觉就像是在解谜或寻宝。每天潜入并发现新问题并思考如何回答这些问题是令人兴奋的。这个过程很有趣,有时也令人沮丧。但是当你学到一些东西时——即使是你不能做某事或不理解某事——那总是很有趣的。

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