太阳物理研究的新成果

 太阳是一颗普通的恒星,离我们最近,并且光很强,使人们能够对其细节进行观测研究。太阳又是一个炽热的气体球,其核心温度高达一千五百万度,在表面也有六千度,因而可把它看作巨大的天体物理实验室。它的温度,密度,磁场和很大的特征尺度相结合,所提供的物理条件是地球实验室无法比拟的。     

日冕高温之谜

作为常识 ,我们都知道太阳表面的温度是 6 0 0 0K ,但在太阳表面附近的大气层 ,也就是一层薄薄的过渡层内 ,天文物理学家称之为日冕的区域 ,它的温度却可高达几百万度 .这个现象一直困扰着太阳物理学家们 ,他们不知道是什么原因使过渡层的温度会比太阳表面高出 10 0 0倍左右 .在 1990年 ,太阳与日光层观测卫星 (简称为SOHO)首次证实 ,在太阳表面围绕着一束磁力线网络 ,科学家们称之为光球 .这些磁力线都终结于太阳表面 ,因此在太阳表面处形成了一个固定出现的磁回路的“粗毛地毯” .磁回路间会发生相互间的合并、爆破、直至消失 .面对这些…     

日冕的难解之谜

<正>当月亮把太阳完全遮挡住时,便出现了日全食现象。这时候四周漆黑如夜,你看不到太阳,却能看到笼罩在太阳周围的淡淡光辉,这就是日冕!日冕的亮度只有太阳表面的百万分之一,然而其温度却比太阳表面高1百万度。如此反常的现象早在70多年前就被发现了,但至今仍是天文学中最大的谜团之一。     

太阳漫射板反射率在轨衰退监测技术研究

多通道扫描成像辐射计搭载于风云四号气象卫星上,为了使其实现高精度定量化遥感,其上配备了星上定标装置。该装置主要是引太阳漫射板(SD)反射的太阳光作为标准辐亮度源,太阳漫射板反射率衰减监测仪(简称比辐射计)定期监测漫射板反射率的变化。主要介绍了比辐射计的工作原理,并针对在轨返回的数据特点建立了太阳漫射板双向反射分布函数衰减因子计算模型。数据表明:比辐射计探测器受到了温度的影响,其不确定度为0.165%/℃,比值监测的方式消除了温度的影响。计算了3个通道衰减因子的合成监测不确定度,第一通道的合成监测不确定度为1.48%(k=2),第二、第三通道合成监测不确定度为1.16%(k=2)。结果表明:比辐射计可以实现漫射板反射率的衰减监测。     

极紫外波段的太阳磁重联结构

<正>封面图显示的是2011年8月17日太阳爆发事件中磁场进行重联的伪彩色图像。其中红色代表温度相对较低的百万度级的日冕环,绿色代表重联后新形成的千万度级的耀斑环,蓝色显示的是太阳表面的结构。图中以地球的大小来对比一个中等级太阳爆发的规模尺度。图像数据来自美国国家航空航天局(NASA)的太阳动力学观测卫星(SDO),后由苏杨处理合成该封面图。     

声致发光微气泡内稠密等离子体的暗示

尽管声致发光气泡的表观温度1）达到太阳的2倍,但气泡内接近20%的电离度仍然令人感到很大的疑惑.自从1933年发现声致发光现象（即通过空化气泡把声能转化成光能）以来,在大约60年的时间里,它一直被认为是多气泡特有的现象.     

真空罐内应用的太阳模拟灯阵热设计

为了解决太阳模拟灯阵整体放在真空罐内使用时的导热问题,采用热管导热的方案,设计了专门的氙灯导热机构。计算了液氮系统的导热能力,结果显示,真空罐液氮冷却系统的温度升高ΔT为2074 1 K,小于其过冷度4 K,表明真空罐液氮冷却系统完全可以将太阳模拟灯阵的热量导出。采用热管导热技术,设计了导热机构,用有限元分析法进行了热仿真分析,分析结果表明,氙灯阴阳极温度维持在100 ℃左右,氙灯灯泡维持在655 ℃左右,满足氙灯正常工作的温度条件;积分器和反射镜组件温度维持在200 ℃左右,椭球镜温度维持在135 ℃左右,亦满足正常工作的温度条件,从而验证了热设计的正确性。     

星载定标黑体午夜太阳辐照模拟实验

为了揭示午夜太阳辐射对三轴稳定卫星光学载荷的定标黑体温度均匀性和定标精度的影响,进行了基于贴片加热电阻外热流模拟方法的真空实验,利用电压变化产生的加热功率模拟复杂的太阳辐照度波动。将实验获取的温度数据与仿真计算结果对照验证,分析了太阳照射过程中黑体温度分布的规律。根据辐射度学理论,对温度不均匀性产生的定标误差进行了理论计算。实验结果显示:在午夜太阳照射过程中,边缘受照的黑体温度分布具有对称性,黑体最高升温幅度为8.8K,最大温度梯度3.1K/m,定标相对误差0.1%。研究表明:太阳辐射会显著影响黑体温度的均匀性,由此产生的定标精度误差不会影响工程应用的要求。     

星上反射率定标原理及其精度保持方法研究

论述了太阳漫反射板星上反射率定标原理,建立了基于太阳漫反射板的星上反射率定标物理模型。太阳漫反射板双向反射分布函数(BRDF)会随时间发生衰减,是星上定标不确定度的主要来源,为此对监测太阳漫射板BRDF方法展开了研究。建立了中分辨率成像光谱仪(MODIS)太阳漫射板稳定性监测辐射计的监测物理模型,分析其在在轨性能评估中发现的问题。提出了一种积分球"双入光口+挡板"的光学结构,在保证功能实现的基础上简化了物理模型,减少了影响仪器不确定的因素。实验验证了该光学结构可防止太阳观测端口响应出现波纹。根据新光学结构的监测物理模型,参照目前国内对其相关参数的测试水平,对其监测不确定度进行了预估。结果表明,其监测不确定度可优于0.68%。     

介孔内太阳盐凝固特性的尺度效应和结构效应分析

采用分子动力学方法模拟介孔尺度和结构对太阳盐凝固特性的影响.使用Material Studio软件分别建立不同尺度、两种结构的混合硝酸盐模型,模型通过Lammps进行模拟计算,总结凝固点、过冷度、相变潜热随尺度和结构的变化规律,利用径向分布函数、势能-温度曲线、吉布斯自由能等表征参量对介孔内太阳盐凝固特性的微观机理进行分析.结果表明,太阳盐的凝固点随着纳米孔尺度的增大先增大后减小最终趋于稳定,相同尺度下纳米线结构的凝固点高于纳米颗粒的凝固点.太阳盐的过冷度整体呈现随介孔尺度增大而减小的规律,但有反常增加现象.两种不同结构下,太阳盐凝固焓随着尺度增大均逐渐增大,且纳米线结构较纳米粒子结构在相同尺度下提高了30%—37%.     

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。     

星载太阳紫外光谱监视器的地面辐射定标

星载太阳紫外光谱监视器是一种小型化、高精度紫外-真空紫外光谱辐射计,它有两种工作模式,即探测太阳紫外光谱辐照度的太阳模式和探测大气的太阳后向散射紫外光谱辐亮度的大气模式。对应这两种工作模式分别建立了紫外-真空紫外光谱辐照度和紫外光谱辐亮度定标装置。光谱辐照度标准灯直接辐照仪器的漫反射板进行仪器的光谱辐照度响应度定标,光谱辐照度标准灯辐照标准漫反射板形成朗伯面光源进行仪器的光谱辐亮度响应度定标。误差分析表明:160~250 nm光谱辐照度绝对定标误差为6.5%,250~400 nm为4.3%;250~400 nm光谱辐亮度绝对定标误差为5.9%。星载太阳紫外光谱监视器获得的地外太阳紫外光谱辐照度与大气的太阳后向散射光谱辐亮度数据,同国际上的观测结果相比一致性达±10%。     

太阳辐照绝对辐射计主光阑面积测量

精确且已知面积的主光阑对于搭载在气象卫星上的太阳辐照绝对辐射计(SIAR)有着重要作用,其带来的不确定度分量是太阳辐射计测量辐照度不确定度的重要组成部分。有效面积法是一种测量主光阑面积的方法,其通过叠加高斯光束形成一个统一的照度均匀分布的光源区域,利用辐射测量中光阑对光束的限制效应定义主光阑面积。对SIAR进行简单介绍,主要对有效面积法的测量原理进行理论分析及模拟仿真,提出了具体搭建测量装置的方案,并对主光阑面积进行测量,测量合成不确定度达到8.2×10-5。该测量方法提高了太阳辐照绝对辐射计主光阑面积的测量精度,使得太阳辐照绝对辐射计测量辐照度的标准不确定度从8×10-4提高到6.3×10-4。     

太阳简说

为了阐明太阳风、黑子、耀斑究竟是怎么一回事,让我们先了解一下太阳的基本情况。 一、太阳的大小、质量 太阳是银河系一千多亿颗恒星中的一颗,它位于银河系对称平面稍靠边缘的地方。太阳以及围绕它旋转运行的九大行星和数以万计的小行星、彗星等组成了一个庞大的家族——太阳系。太阳离我们人类居住的地球平均约有1.5亿公里远,太阳的半径约为696000公里,相当于地球半径的109倍。我们不难算出,太阳这个巨大的星球足有130万个地球那么大。太阳质量约为1.99×10~(33)克,是地球质量的33.3万倍。太阳的平均密度为1.41克/厘米~3,是地球平均密度的1/4。太阳中心密度为160克/厘米~3,中心压强相当于3000亿个大气压。 二、太阳的能量、温度 太阳是一颗时刻在进行热核反应的巨大火球。太阳每秒钟发出的能量(也称太阳的功率)约为3.83×10~(23)千瓦。若消除地球大气对阳光的吸收减弱作用,地面上同太阳光垂直的1平方厘米面积上每分钟获得太阳能(也称太阳常数)约为1.95卡。地球从太阳发     

基于太阳漫射板的星上定标方法研究

基于太阳漫射板的星上定标方法是一种具有高精度、高频次、高效率等优点的独立定标方法,是目前提高我国遥感定标精度的重要手段之一。文章阐述了基于太阳漫射板的星上定标原理、方法及实现过程,建立了空间辐射标准,同时给出了星上反射率定标物理模型。分析定标物理模型发现,影响星上定标不确定度最主要的因素是太阳漫射板BRDF实时量值的确定。为此,首先介绍了星上定标时机的选择,根据所确定定标时机的太阳照明角度对太阳漫射板在实验室相应入射角度下的BRDF进行了测量。通过对太阳漫射板从制作完成到星上使用寿命终结整个过程中各阶段的BRDF量值的监测及修正,确保太阳漫射板定标时刻可为遥感器提供精确已知的辐射输入,实现遥感器全寿命期的高精度星上定标。最后,结合国内对定标模型中相关参数项测量的不确定度水平,按照测量不确定度B类评定的方法对基于太阳漫射板星上定标不确定度进行了预估,可实现星上反射率定标不确定度优于2.03%,绝对辐射定标方法不确定度优于2.04%。     

“宇宙与生命”讲座之三——万物之数 太阳寿命

上讲中我们谈到了太阳质量、半径和密度,后两者主要是被原子参数决定的。但是太阳最重要的另一些物理参数,例如太阳温度、亮度、寿命又是由什么决定的呢？它们对宇宙中的生命起到什么作用呢？这要从生命现象的基础是生化反应说起。典型的化学反应能标应该是什么？原子能标Eatom=α^2me／2=13．6eV,约1．5×10℃,对化学反应太高了。化学物质千千万万,化学反应更是不尽其数,那么典型的化学反应能标是什么呢？以0℃液态水的气化潜热10．8kcal／mol为例,它约合0．47eV。     

密封式氩三相点容器的研制及氩三相点温度的复现

研制了密封式氩三相点容器.用它复现了氩三相点温度,其复现性为±0.03mK,不确定度为±0.4mk.我们做的国际比对表明,用这个三相点容器复现的温度比NRC低0.1mK、比INM低0.3mK.     

太阳能热气流烟囱的实验和数值模拟

本文搭建了一个小型太阳能热气流烟囱的实验台,测量了其在不同工况下壁面,空气温度,以及系统瞬时质量流量。结果表明随着太阳辐射强度的增加壁面和空气的温度以及系统流量均提高。对所建实验台进行数值模拟,结果显示,不考虑系统辐射,以输入功率换算的太阳辐照强度为边界条件模拟会高估系统壁面温度和流量,考虑了系统辐射后则能得到与实验测量值相近的结果。     

大气边界层白天温度测量用转动拉曼激光雷达

设计了一个转动拉曼激光雷达系统,对大气边界层温度进行全天候高精度测量。系统选用波长355 nm的紫外激光作光源,采用高光谱分辨力光栅,将雷达接收到的散射信号以及太阳背景光从空间上分离,配合边缘反射镜,反射转动拉曼信号,去除大部分米氏-瑞利散射和太阳背景光噪声信号,并用两个窄带干涉滤光片,分离中心波长为353.9 nm和353.1 nm转动拉曼散射信号,同时对噪声信号进行2次高精度剔除,以保证白天测量的需要。对系统进行了分析及数值计算,结果表明在激光脉冲能量300 mJ,望远镜有效口径25 cm,测量时间10 min的条件下,可以在白天太阳背景光辐射度为3×108W/(m2.sr.nm)的边界层内测量高度2.5 km以下的大气温度分布,并在大气散射比低于2.5的条件下,温度测量精度可达到1 K。     

遥远星体在太阳引力作用下形成的爱因斯坦环

当遥远星体,太阳以及观测者在一条直线上时,由于星光在太阳引力场中的偏折效应将形成爱因斯坦环.忽略太阳自转,其外部引力场可用史瓦西度规描述.运用椭圆积分严格地求出零测地线的精确解,并从精确解反解出观测者的径向坐标.从零测地线的精确解可计算出观测者与太阳的距离必须大于或等于547.7天文单位才能观测到星光在太阳引力作用下产生的爱因斯坦环,但是爱因斯坦环几乎和太阳边缘重叠在一起,目前的技术难以分辨.