不平静的太阳

太阳是地球上光和热的源泉、对于人类来说,光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的恒星.在古代,太阳一直是人们顶礼膜拜的对象、早在几千年前,中国甲骨文或一些古籍上就有对日食和太阳黑子现象的记载.1609年,伽利略率先用天文望远镜观测太阳黑子,1666年牛顿用棱镜发现了太阳可见光光谱。19世纪以来,随着观测的全面深入,科学家们发现了许多太阳活动现象,以及太阳活动与地球气候的变迁以及日地空间物理现象有着密切的关系、20世纪中,进入空间时代以来,科学家们利用一切手段,开始全波段观测太阳,并深入研究太阳活动及其对地球的影响.     

太阳：我真的还能再活50亿年

 作为地球能量的驱动机，太阳这颗恒星一直备受关注，它的变化关乎人类命运。比如最近关于"太阳死机"的传言"死灰复燃"，并言之凿凿称"我们的太阳正在逐渐停止工作，甚至可以说正逐渐进入暮年!因为不少科学家发现，太阳近期所分泌的太阳黑子数量正在不断减少，所分泌出的太阳光温度比以往都要变低。如果长期以往这样下去的话，太阳所折射出的太阳光将没有任何的光照作用"。为了证实其权威性，还标注此消息来源为美国太空空间站。     

太阳在平静期的躁动

明亮的太阳光球表面经常出现一些小黑点,这就是太阳黑子．据科学家的解释,太阳黑子的产生是太阳内部磁场发生变化的结果．太阳黑子的数量并不是固定的,它会随着时间的变化而上下波动,每11年太阳黑子活动会从极大期下降到极小期,然后再回到极大期,这称为一个太阳黑子周期．太阳黑子周期是1843年由德国天文学家发现的．太阳黑子是人们最早发现也是人们最熟悉的一种太阳表面活动;人们后来发现其他的太阳表面活动也存在着一定的周期而且似乎和黑子周期一致．     

太阳过渡区紫外光谱的观测与诊断

太阳过渡区是太阳色球层顶到日冕底部的大气薄层。厚度仅几百千米,但其间太阳等离子体参数变化剧烈。过渡区的辐射多为光学薄的远紫外、极紫外发射谱线和背景连续谱线。由于地球大气的吸收,过渡区紫外光谱需通过天基观测才能实现。近几十年来,星载仪器的成功发射为太阳过渡区的研究打开了新纪元。工作回顾了太阳过渡区紫外光谱的观测历史和各类星载仪器,特别介绍了近十几年几种重要的光谱仪器。详细阐述了过渡区紫外光谱的发生率、电子密度和电子温度的诊断原理。讨论了过渡区紫外谱线的形状,并以SOHO/SUMER光谱仪为例介绍了表征谱线的几种重要参量及其物理意义。     

西藏日食太阳辐射观测研究

日食现象会对地球太阳辐射、大气气象以及人类活动等造成相应的影响。2020年6月21日（夏至）在西藏发生了一次日食现象,西藏阿里日环食最大食分达到了0.995,拉萨地区日偏食食分也高达0.953。两地日食均发生在当地正午前后。本研究利用罕见的日食出现机会,对西藏阿里和拉萨日食过程中的太阳光谱、太阳总辐射和太阳紫外线变化特征进行了同步观测研究。观测表明阿里日环食在当地正午（北京时间14:41分）前后持续了约3小时27分钟;拉萨日食出现时间比阿里滞后约26 min,持续时间比阿里短3分28秒。实地观测表明在日食期间,阿里光谱观测中最强单色（476.6 nm）光峰值从初亏（13:01分）时刻的1 669.234 mW·m-2·nm-1陡然衰减到食甚（14:44分）时刻的61.936 mW·m-2·nm-1,损失约96.0%;相应时刻太阳总辐射强度从1 221.217 W·m-2衰减到56.086 W·m-2,也损失约95.4%。拉萨日食期间最强单色（476.6 nm）光峰值从初亏（13:27分）时刻的1 563.876 mW·m-2·nm-1亏损到食甚（15:13分）时刻的26.391 mW·m-2·nm-1,亏损约98.3%;相应时刻太阳总辐射强度从1 605.663 W·m-2衰减到28.169 W·m-2,也亏损约98.2%。观测研究发现拉萨太阳紫外线B剂量率从初亏的60.8 W·m-2减弱到食甚的0.9 W·m-2值,减弱了98.5%。该次日食对西藏地面各种太阳辐射强度造成95%以上能量损失。     

窄线Seyfert Ⅰ型星系

本文将概述窄线Seryfert Ⅰ型星系（包括具有类似性质但光度较大的类星体）的主要观测特征、物理内涵及其理论解释和在活动星系核内部结构上的反映。窄线Seryfert Ⅰ型星系（NLS1，以后NLS1都认为包括NLSI星系和NLS1类星体）具有窄的允许线Hβ，它兼有Sy1和Sy2的某些特征。它具有强的FeⅡ光学线和弱的[OⅢ]λ5007禁线，这明显不同于Sy2。在观测相关量的主成分统计分析中表明NLS1是活动星系核第一主向量表现为极端的一类。这包括：（1）HβFWHM取极小；（2）FeⅡλ4570／Hβ取极大；（3）SⅢ]λ1892／CⅢ]λ1909取极大，亦一定范围内宽线区电子密度取大值；（4）CⅣλ1549线中心蓝移取极大；（5）高光度NLS1的软X射线光子数谱指数гx取极大；（6）X射线相对流量变化方差最大等。基于以上观测结构和相应统计规律（观测量与HβFWHM的关系），解释NLS1现象最佳的模型是高相对吸积率L／LEdd。NLS1比之典型宽线活动星系核具有较低的中心黑洞质量MBH。进一步，还发现这一模型是活动星系核主导物理参量L／MBH的直接结果；另一方面，由于活动星系核结构的非球对性，可能引起速度分布的各向异性，这是视角效应模型的基础。在与观测对比中发现视向效应是不可少的，但不可能解释全部观测，辅之于高吸积率模型可能更好理解活动星系核的主导物理机制对各种观测量的影响。     

西藏地面太阳总辐射与紫外线的观测

地面太阳光谱记录了太阳光经历大气层的烙印与信息,为大气环境、生态保护等研究提供实地依据。西藏高原空气稀薄,地面太阳辐射超强,观测西藏地面太阳光谱为太阳能利用提供实地数据。文章较系统地报道了西藏地面太阳光谱的实地观测结果,为相关高原科学研究提供高精度数据。利用RAMSES光谱仪、CMP6太阳总辐射仪和NILU-UV太阳紫外辐射仪对西藏不同地区、不同季节太阳光谱、太阳总辐射和太阳紫外线进行了全方位的实地观测研究。观测研究了高海拔的西藏拉萨和那曲以及低海拔的北京和成都的光谱特征;研究了拉萨二分二至当地正午（北京时间13:55时）太阳光谱观测结果;对西藏地面光谱与AM1.5和AM0标准光谱进行了对比研究。观测研究了西藏拉萨和那曲太阳总辐射、太阳紫外线强度特征。研究发现拉萨夏季可见和红外区光谱光强度甚至超过AM0光谱相应波长的强度,即：拉萨地面可见光和红外光强度偶尔超过大气层顶部的相应波长光强,是由部分云的反射增量所致;拉萨光谱谱峰出现在波长476.6 nm左右,在2017年的夏至观测到的最大值为2.331 W·m-2·nm-1。然而,对太阳紫外线（280～400 nm）光谱的观测发现地面太阳紫外区的光谱强度总是明显低于AM0光谱相应区光强,表明短波的紫外光被大气臭氧有效吸收。虽然拉萨海拔3 680 m,但通过对拉萨当地正午太阳紫外光谱分析发现拉萨地面波长小于300 nm的太阳紫外光谱强度几乎为零,表明波长小于300 nm的太阳紫外线被大气层吸收,没有到达地面。同时,研究了西藏高海拔太阳光谱与北京、成都低海拔太阳光谱特征,揭示了各地大气成分、含量等诸多信息。报道了2010年7月-2013年12月期间西藏太阳总辐射的观测结果;结果显示拉萨当日太阳总辐射最大值中约18%超过了太阳常数（1 367 W·m-2）。观测发现拉萨太阳总辐射瞬时最大值达到了1 756.09 W·m-2（2011年6月24日）。报道了2008年7月-2013年12月期间西藏太阳紫外线的观测结果;结果显示拉萨和那曲UVA日最大值平均值约为67 W·m-2,UVB日最大值平均值约为5.1 W·m-2;拉萨和那曲当日太阳紫外线A和紫外线B最大值变化趋势保持了很好的一致性,在5年多的观测期间紫外线强度没有出现明显的增强或减弱趋势。     

浅谈紫外天文学的发展

 在威廉·赫歇耳发现太阳的红外辐射不久,1801年德国物理学家里特尔发现了太阳的紫外辐射。紫外波段介于可见光和X射线波段之间。紫外辐射受大气吸收最为严重。对波长0.2-0.3微米的紫外线尚可用升高到50公里的气球获得,而其余紫外波段的观测工作必须要用火箭和卫星完成。由于在紫外区可以了解到比可见光区更多的有关天体物理状态和化学组成的信息,现代天体物理学家十分重视这一领域的研究。从太阳开始,先后探测了行星和行星际空间、银河辐射源,以及河外源,取得了不少令人振奋的成果。 太阳系紫外探测 紫外研究的第一个天体是太阳。其实,在太阳总辐射中,紫外辐射所占的比例很小,约占7％,但这部分短波辐射能够引起地球高层大气各种反应,对卫星表面涂层和太阳能电池有破坏作用,因而受到人们的重视。人们对太阳紫外辐射关注的另一个原因是太阳紫外光谱中有许多高电离硅、氧、铁等元素的谱线,它们对太阳色球和日冕间过渡层和耀斑活动的研究极有价值。     

哥白尼（Copernicus,1473-1543）波兰天文学家（Astronomer，Poland）

哥白尼1491年进克拉科夫大学学习，对天文学开始发生兴趣。1497年，他作了第一次天文观测——月掩恒星毕宿五。1500-1503年去意大利学习，主要在帕多瓦大学学习法律和医学。1503年回波兰后开始系统研究天文学。他发现，随着观测精度的提高，托勒密体系理论不能与观测相合。因此，产生怀疑。在古希腊人地动思想的启迪下，他提出了他的日心学说：太阳是宇宙的中心，地球绕自转轴自转，并同五大行星一起绕太阳公转；只有月球绕地球运转。     

纪念施瓦布发现太阳黑子周期

 １９９９年８月开始,又一个太阳活动峰年到来了。现在,我们通过有滤光镜的小型望远镜就可看到太阳黑子。太阳活动主要是指日面黑子、日珥和耀斑活动。通常,把“太阳黑子数”作为太阳活动水平的指标。黑子实质上是具有强磁场的低于光球层温度的旋涡。太阳磁场有一个重要性质：每隔１１年,南北极对换一次;同时,太阳黑子就爆发一次（这一现象可从天文学上的“蝴蝶图”中看出）。剧烈的太阳活动会影响地球上的环境变化。科学研究业已表明,厄尔尼诺现象、全球粮食作物产量、癌症患者的死亡率、地球气候变化曲线都与太阳黑子活动有着密切关系。太阳黑子爆会导致地磁变化,航天器失灵,通讯中断等现象。     

地球磁极的反转

1957年至1958年,人们第一次观测到了太阳普遍磁场的极性变换,当时曾引起轰动.现在,人们普遍地认为:太阳普遍磁场极性反转可能是经常发生的现象,也许每逢活动峰年,太阳普遍地磁都要发生一次极性的变化,但是并不是那么有规律.例如,曾经观测到太阳南北两极的极性同时都是N极,这是一个很奇怪的现象.目前,在天王星上也许正在经历着磁极反转,这使得磁极反转的现象再次引人注目.对岩石磁性的研究表明,在地球上的整个地质年代里,地球的磁极也一直在变化.地球外核的流体中的“发电机”如何会使得地球磁极发生反转呢?这个课题正成为地球物理研究的热…     

宏观量子现象──超流动性

1868年8月18日,Lockyer和 Janssen分别在印度和马来亚观察日全蚀,从太阳的发射光谱中发现了浅黄色的5876A线.他们猜测这是地球上尚未发现的一个新元素的谱线,并称它为Helium(氦). 1895年,Ramsay在地球上也找到了氦,主要在铀矿中.大气中氦的体积仅占10-6-10-5,是稀有气体. 1908年,荷兰Leiden实验室的昂内斯液化了最后一个“永久气体”──He气.最常见的He的同位素是He4,其沸点是4.215K,是当时所有气体中沸点最低的.(后来发现He3的沸点是3.19K,He3也有超流特性,但机制与He4不同).氦气的成功液化,开创了低温物理这一新的研究领域. 一、液…     

太阳黑子与洪水

 光辉的太阳有时也会出现黑斑,在风沙蔽日,漫天烟雾之时,人们用肉眼就能看见。我国史册《汉书·五行志》中曾记载:三月己未,日出黄,有黑气大如钱,居日中央。这就是汉成帝河平元年(公元前28年5月10日)观测到的一次太阳黑子的记录,它比欧洲人发现黑子早800多年。     

太阳活动第22周峰年和峰年联合观测

 众所周知,太阳的活动有着为期11年的周期性变化,目前太阳正处在第22活动周的峰年期间.那末,什么是太阳活动峰年?为什么要研究峰年太阳活动,这是当前人们颇为关心的话题.一、太阳活动周期太阳活动周期,也称为太阳黑子活动周期,它是根据日面黑子数的变化规律而确定的.1848年,德国天文学家沃尔夫提出了一种太阳黑子的计数方法:R=K(N+10g),式中g为日面上出现的黑子群的群数,N是日面上单个黑子的总数,K则是一种改正数.与观测时的仪器、方法、条件和观测人员的个人因素等有关.R称为黑子相对数或沃尔夫数,由于其简便有效,一直沿用至今,成为序列最长、最重要的一种太阳活动指数.     

面阵傅里叶变换太阳光谱仪高速采集系统设计与实现

同时或准同时多谱线太阳成像观测可以获得太阳大气三维磁场和热力学参数,是未来太阳观测焦面终端设备的重点发展方向。傅里叶光谱仪具有宽波段、高灵敏度、高光谱分辨率的优势,但因受限于高帧频、大面阵探测器制约,尚未用于太阳光谱成像常规观测。随着CMOS图像传感器技术迅猛发展,在可见光和近红外波段,探测器面阵大小和帧频相比传统CCD探测器有了质的提升,使得面阵傅里叶太阳光谱仪研制成为可能。通过引入高帧频面阵CMOS图像传感器,针对面阵傅里叶变换太阳光谱仪科学需求,设计了一套高速数据采集软硬件系统,实现了面阵傅里叶太阳光谱仪10 kHz高速触发,万帧/秒快速采集,0.5 GB·s-1大数据量连续、实时存储等功能。在此基础上,依托国家天文台怀柔太阳观测基地现有的IFS-125HR傅里叶变换光谱仪, 搭建可见光实验系统,以可见光色球谱线（Hα 656.3 nm）及其附近光球谱线为目标波长,开展面源太阳光谱探测。分别以实验室钨灯和太阳为光源,进行等光程差间隔采样,成功获得了面阵干涉图,首次反演得到面源窄带连续谱以及656.3 nm附近太阳色球和光球线。采用交叉定标方式,将得到的太阳光谱与美国国立太阳天文台NSO傅里叶变换光谱仪获得的标准光谱在同等分辨率下进行比较,结果基本一致,验证了新研制的面阵傅里叶太阳光谱仪高速数据采集系统性能及面阵傅里叶变换太阳光谱仪在太阳观测中的可行性。该研究为后续可见光宽波段面阵傅里叶太阳光谱仪的研制奠定了技术基础,同时为“用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统”（AIMS）后续从线源扩展到面源观测积累了宝贵经验。     

室温下1.3μm附近CO2的高灵敏度半导体激光吸收光谱

用DFB（分布反馈）半导体激光器结合波长调制吸收光谱技术观测了CO2在1.31μm附近的泛频吸收光谱，并获得的相应的光谱参数（如：谱线位置，谱线强度以及自加宽系数），同时发现了15条弱的新谱线。在665 Pa压力下，本实验可探测的最弱谱线是2.25163′10-27 cm-1/(molecule×cm-2)，相应的吸收是3.88′10-8。     

太阳活动与地球的空间环境

 光辉的太阳是地球万物生长的天然能量源泉,它不断地向太空发射大量的光和热．观测表明,太阳光球及其以上的太阳较外层大气中,时常有较大尺度或局部区域的、缓慢的或爆发型的变化现象,诸如太阳黑子、日珥和耀斑等,太阳物理学家把这些现象统称为“太阳活动”．太阳活动现象非常复杂多变,可以说是相当的丰富多彩．太阳黑子数目的变化具有显著的周期性,太阳黑子大量出现的期间叫做太阳活动峰年,黑子极少的期间称为太阳活动谷年或低年,两个峰年之间的周期平均约１１年．随着２１世纪的来临,美国国家海洋和大气管理局的科学家发出警告说,２０００年太阳活动将进人极大年──即太阳活动高峰期,剧烈的太阳活动可能会扰乱近地空间环境.     

西藏太阳光谱全年变化特征

精确观测地面太阳光谱能为反演大气环境、利用太阳能资源、保护植物生态等提供实地数据。对比目前卫星和地面观测结果显示由于海拔高、空气稀薄等因素西藏是地球上瞬时太阳辐照度最强的地区之一,观测西藏太阳光谱变化特征对研究强辐射环境下人类健康、生态变迁、太阳能利用等诸多领域具有独特的意义。2020年—2021年利用德国RAMSES-ACC-VIS光谱仪和加拿大SolarSIM-G高精度光谱仪对西藏五个高海拔地区(拉萨、林芝、那曲、日喀则、定日)进行了为期一年的太阳光谱观测研究。首次获得了西藏多地完整一年的太阳光谱实地数据,记录了每隔一分钟全天太阳紫外线、光合有效辐射和红外辐射光谱变化特征。分析研究了西藏各地全年日平均太阳光谱特征,发现全年日均最高光谱峰值1.12 W·m^-2·nm^-1出现在波长477.30 nm处。研究了西藏典型高原拉萨地区太阳光谱随季节性的变化特征,分析了其二分二至光谱辐照度变化区间,发现拉萨夏至日均光谱辐照度比冬至高约一倍多,夏至光谱峰值1.13 W·m^-2·nm^-1,冬至0.43 W·m<...     

打开宇宙电磁频谱的新窗口——超长波

 1800年2月11日，英国天文学家威廉·赫谢尔在观测太阳光谱热效应时意外发现了肉眼不可见的红外辐射。此后，随着麦克斯韦电磁理论的建立，人们开始意识到，在可见光之外，还存在着其他波段的电磁波，它们的差别只在于频率或者说波长。现代的天文研究综合了这些不同波段的观测以获取信息。但是，地球大气对于观测不同频段的天体辐射却有很大影响。图1为地球大气对不同波段电磁辐射的吸收。我们看到，这其中有两个几乎完全透明的窗口，分别位于可见光波段和无线电波段（米波至厘米波）。我们的眼睛之所以对可见光敏感大概是长期进化的产物。现在，地面的天文观测也是以可见光和射电（无线电）天文观测为主，而其他波段特别是X射线、伽玛射线等高能天文观测，以及红外和毫米波观测，则往往依赖航天器的空间观测或火箭、气球等近邻空间观测手段，或者至少是利用高海拔观测站以尽量减少大气吸收。仅X射线波段，空间望远镜和实验就已有几十个。这些空间观测，打开了高能天文的观测窗口。     

银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说

 20世纪初，随着人们对空气电离度测量精度的不断提高，大气电离现象被普遍观测到并被归因于放射性元素衰变产生的高能辐射。1911~1913年奥地利物理学家维克托·赫斯（Victor Franz Hess）通过一系列高空气球实验发现了来自外太空的可以导致空气电离的辐射--宇宙线^①，他也因此获得了来自于河外高能天体源。能量低于109eV （1GeV）的宇宙线由于受太阳风的影响，很难到达地球附近。由太阳活动产生的高能粒子的能量通常也低于1 GeV⑦，因此在地球附近观测到的能量低于1 GeV的高能粒子主要产生于太阳系。虽然银河系中很多高能天体都可以产生宇宙线，但是超新星遗迹被普遍认为是最主要的银河系宇宙线源。这就是所谓的银河系宇宙线的超新星遗迹起源学说。1936年的诺贝尔物理学奖（图1（a））。20世纪30年代，人们通过对来自地球东西方向宇宙线流量不对称性的分析，逐渐认识到它们主要是由带正电的高能粒子组成，受地球磁场影响，来自西方的宇宙线流量更高。后来的一系列研究表明，99%的宇宙线是原子核，其中约10%为α粒子即氦核，更重的原子核占1%左右。考虑到宇宙线的高流量，1934年巴德（W.Baade）和兹维基（F.Zwicky）指出，它们可能来自于超新星爆发^②。由于宇宙线粒子带电，在星际介质中传播时将受到星际磁场的影响，因此地球附近观测到的宇宙线空间分布几乎是各向同性的，这也导致我们无法通过对宇宙线的成像观测来确定宇宙线源。但是宇宙线可以和背景等离子体相互作用产生从射电到伽马射线的电磁辐射，随着射电天文、X射线天文、伽马射线天文的发展，人们不仅发现了超新星爆发产生宇宙线的观测证据，还发现了其他一些可以产生宇宙线的高能天体^③~⑥。