'Raindrops in the Sun's corona': New adaptive optics shows stunning details of our st

正如发表在《自然-天文学》杂志上的文章所述，这项开创性的“日冕自适应光学”技术已生成迄今最惊人、最清晰的日冕精细结构图像和视频。这一进展将为更深入地了解日冕的神秘行为以及驱动空间天气的物理过程打开大门。

公布迄今最详细的日冕图像

由美国国家科学基金会（NSF）资助、安装在新泽西理工学院（NJIT）太阳-地球研究中心（CSTR）位于加州大熊湖太阳天文台（BBSO）的1.6米古德太阳望远镜（GST）上，名为“Cona”的自适应光学系统——正是它负责生成这些新图像——能够补偿地球大气空气湍流造成的图像模糊，这种湍流类似于飞机乘客在飞行中感受到的颠簸气流。

“空气湍流严重劣化了我们通过望远镜观测到的太空物体（如太阳）的图像。但我们可以对此进行校正，”领导该系统开发的国家太阳天文台（NSO）自适应光学科学家德克·施密特说。

该团队取得的显著观测成果包括一段记录快速重构的日珥影片，揭示了其中精细的湍流内部流动。日珥是太阳表面向外延伸的大型明亮结构，常呈现为拱形或环状。

第二段影片重放了一条精细结构等离子体流的快速形成与崩塌过程。“这些是迄今为止对此类现象最详细的观测，显示了以前未曾观测到的特征，目前尚不十分清楚它们是什么，”该研究的合著者、NJIT-CSTR研究教授瓦西尔·尤尔奇申说。施密特补充道：“打造一台向我们展现前所未见太阳景象的仪器，实在令人无比兴奋。”

第三段影片展示了精细的冕雨丝——一种冷却等离子体凝结并落回太阳表面的现象。“太阳日冕中的雨滴宽度可能小于20公里，”NSO天文学家托马斯·沙德根据迄今最详细的冕雨图像总结道，“这些发现提供了宝贵的全新观测洞见，对于检验日冕过程的计算机模型至关重要。”

另一段影片则展示了受太阳磁场塑形的一个日珥剧烈运动的景象。

太阳自适应光学的突破

日冕被加热至数百万度——远高于太阳表面温度——其加热机制仍是未解之谜。日冕也是温度低得多的动态太阳等离子体现象的所在地，这些等离子体在日食期间呈现红粉色。科学家认为，在小尺度上解析这些较冷等离子体的结构和动力学，是解开日冕加热之谜的关键，并有助于加深我们对将等离子体抛射入太空、驱动空间天气的喷发现象的理解——空间天气即地球近太空环境的状态，主要受太阳活动（如太阳耀斑、日冕物质抛射和太阳风）影响，可能对地球及太空中的技术与系统造成冲击。实现所需的观测精度，要求配备大型望远镜和诸如该团队开发的自适应光学系统。

GST系统的Cona使用一面每秒2200次持续重塑自身形状的反射镜，以抵消湍流空气造成的图像劣化。“自适应光学就像智能手机相机中增强版的自动对焦和光学防抖功能，但它校正的是大气造成的误差，而非用户手部的抖动，”BBSO光学工程师兼首席观测员尼古拉·戈尔塞克斯解释道。

自21世纪初以来，自适应光学已被用于大型太阳望远镜，以充分发挥太阳表面图像的观测潜力，使望远镜能够达到其理论衍射极限——即光学系统的理论最高分辨率。这些系统自此彻底改变了太阳表面的观测，但直到现在，它们对日冕观测仍无甚助益；而太阳边缘以外特征的分辨率一直停滞在约1,000公里或更差的量级——这是80年前就已达到的水平。

“新型日冕自适应光学系统填补了这个存在数十年的空白，提供了分辨率达63公里的日冕特征图像——这正是1.6米古德太阳望远镜的理论极限，”NSO首席技术专家托马斯·里梅勒说。他开发了首个投入实用的太阳表面自适应光学系统，并推动了本次技术进步。

对未来影响

日冕自适应光学技术现已在GST投入使用。“这项技术进步是一个重大突破，当分辨率提升十倍时，将有大量新发现等待探索，”施密特表示。

该团队现已掌握如何克服地球大气最低层（即对流层）对太阳边缘以外观测施加的分辨率限制，并正致力于将这项技术应用于位于夏威夷毛伊岛、由NSO建造并运营的4米美国国家科学基金会丹尼尔·井上太阳望远镜。这个世界最大的太阳望远镜将能观测到太阳大气中更微小的细节。

“这项变革性技术很可能被全球天文台采用，势将重塑地基太阳天文学，”该研究的合著者、NJIT-CSTR杰出物理学研究教授、BBSO前主任菲利普·R·古德表示。“随着日冕自适应光学技术的运行，这标志着太阳物理学新纪元的开端，预示着未来数十年将有更多发现。”

作者包括：德克·施密特（NSO）、托马斯·A·沙德（NSO）、瓦西尔·尤尔奇申（NJIT）、尼古拉·戈尔塞克斯（NJIT）、托马斯·R·里梅勒（NSO）和菲利普·R·古德（NJIT）。