今年6月，南京大學與中國科學院云南天文臺、中國航天科技集團有限公司第八研究院的科研人員通過分析我國首顆探日衛星“羲和號”的觀測數據，精確繪制出國際首個太陽大氣自轉的三維圖像。相關論文13日發表在國際學術期刊《自然·天文學》上。

“羲和號“衛星

自轉是所有恒星的內稟屬性。恒星的自轉速度和規律對恒星的形成、結構與演化以及恒星大氣與行星際空間的相互作用，都有至關重要的影響。因此，探測恒星自轉的規律，是現代天文學觀測的基本目的之一。作為離人類最近的恒星，也是唯一一顆可實現高空間分辨率觀測的恒星，太陽成為了科學家研究恒星自轉的重要標本。

論文第一作者、南京大學博士生饒世豪介紹說：“太陽的結構從內到外可分為核心區、輻射區、對流區和大氣層。經過幾十年的研究，科學界已基本探明太陽自轉的兩個重要規律：一是從輻射區到更外層的對流區，自轉速度存在明顯變化；二是自轉速度從赤道向兩極遞減。”然而，對于太陽表面的大氣層，其自轉有何規律，至今尚無明確結論。

此次，南京大學“羲和號”團隊利用衛星采集到的多譜線、全日面、高精度的觀測數據，對太陽大氣層自轉規律有了較為精確的認識。

“羲和號”是我國首顆太陽探測科學技術試驗衛星，在國際上首次實現了太陽Hα波段光譜成像的空間觀測。它可以同時獲取多條譜線的精細結構，包括Si I（6560.58 ?）、Fe I（6569.21 ?）和Hα（6562.81 ?）譜線。

論文共同通訊作者、“羲和號”首席科學家丁明德教授表示：“利用這些譜線的高精度觀測，再運用譜線形成的反演方法，我們可以推導出太陽大氣不同層次的多普勒速度場，相當于給整個太陽大氣做了一次全方位的掃描，由此，我們也得到了國際首個太陽大氣多層次多普勒速圖。”

    太陽大氣由光球層底部到色球層不同高度處的多普勒速度圖

分析結果顯示，太陽大氣的各個層次都呈現出自轉速度從赤道向兩極逐漸降低的規律。更精細的分析發現，越靠近太陽外層，大氣的自轉速度越快。這恰恰與直觀認識相悖，因為如果考慮太陽高層大氣的轉動是由低層大氣的粘滯效應帶動的，那么自轉速度應該隨高度而降低。

對此，論文通訊作者、“羲和號”科學與應用系統總設計師李川教授介紹：“如果外層大氣的轉動是由內層大氣的粘滯效應帶動的，那么自轉速度應該隨高度而逐漸降低。”這種“反常”現象是由無處不在的小尺度磁場結構與太陽大氣“磁凍結”效應造成的。

不同高度存在不同程度的磁凍結效應，意味著離子與中性粒子的相互作用也不同，太陽大氣的加熱模型需要考慮這個因素。太陽高層大氣的較快的自轉速度，意味著太陽風損失的角動量不可小視，這對太陽自轉起到了“制動”作用，因此隨著年齡增大太陽自轉會逐漸減慢。該項科學發現對理解太陽發電機、太陽大氣加熱、太陽自轉的長期變化帶來重要的觀測證據。

“羲和號”科學總顧問、中國科學院院士方成介紹，“羲和號”2021年發射升空，至今仍在軌穩定運行，相關觀測數據由南京大學太陽科學數據中心向全球開放共享，已得到法、德、美、日等10余個國家的太陽物理研究學者應用。國際著名天文學期刊《The Astrophysical Journal Letters》專門組織熱點專輯，報道“羲和號”首批科學成果（https://iopscience.iop.org/collections/Focus-on-Early-Results-from-CHASE），這是中國天文觀測設備首次在ApJ系列刊物上以專輯形式發表研究成果。

揚子晚報/紫牛新聞  楊甜子

校對 王菲