太陽射電天文學的誕生

太陽射電天文學是集無線電技術、太陽物理、理論物理、等離子體物理等諸學科為一體的綜合性、高技術科學。就無線電技術的發展而言,它是太陽射電天文學誕生和發展的根本基礎,目前,已經發展成一門獨特的射電高技術科學。射電技術不僅推動著太陽射電天文學的發展,也大大地推動著無線電技術的發展。太陽射電天文學的另一特點是,它始終注意將無線電物理學和太陽物理學的新成就融合在一起,並不斷發展成太陽射電技術方法科學。這門科學是連接太陽射電技術和太陽物理的一門中間性科學。第三個特點是,太陽射電天文學不斷地集中太陽物理學、理論物理學、等離子體物理學的新成就,形成了迅速發展的太陽射電物理學。由於前3門科學在本世紀40年代,特別是在第二次世界大戰期間有了迅速發展,當時作為一門萌芽性科學一一太陽射電天文學便誕生了。戰後,隨著無線電技術和等離子體物理的迅速發展,這門年輕的科學便在全世界範圍內像雨後春筍般地發展起來。

人們肉眼所看到的太陽圓麵直徑為32角分。它是波長約為300-700納米的可見光輻射出的太陽圖像。事實上,除了可見光外太陽還輻射肉眼所看不到的7射線、X射線、紫外線、紅外線和無線電波。這些輻射構成了一個波長從0到無窮大的電磁波頻譜,如圖30上部所示。波長短於0.1納米的電磁輻射為7射線輻射區域;X射線輻射區域在0.1?10納米。介於X射線和可見光之間是紫外線輻射區域,它的範圍在10?400納米。按距可見光的遠近紫外線又分3個區域:10-170納米為遠紫外區域,170-310納米為中紫外區域,310-400納米為近紫外區域。波長超過可見光,便是紅外線輻射區域,輻射範圍在7-100微米。按距可見光的遠近紅外線也可分為3個區域:近紅外區域在0.7-3微米,中紅外區域在3-30微米;遠紅外區域在30-1000微米(毫米超過紅外線輻射區域便是無線電波的輻射範圍,它從毫米波、厘米波、分米波、米波、十米波、百米波、千米波及至無限長波。太陽的這個電磁波

觀測發現,太陽射電輻射不像光學輻射那樣的單純,它是由多種成分組成的。直到目前的發現為止,主要由3種成分組成:它們是太陽射電爆發分量、太陽射電緩變分量和太陽射電寧靜分量。這3種成分構成了太陽射電天文學的三大研究領域。

太陽電磁波頻譜給我們送來了太陽本身的有用信息,如果能充分地利用各波段帶來的信息,我們對太陽的認識就會愈加全麵。例如,1947年,等人發現米波段輻射出的太陽就不像可見光福射出的太陽是圓形的,而是橢圓狀的。現在,太陽射電天文學家已經認識到大約從3厘米以上波長輻射出的太陽就明顯是橢圓,波長越長率就越大。而且隨著太陽活動年份而變化,太陽活動峰年要比太陽活動極小年大。給出6厘米波長輻射出的橢圓形的太陽。

地球大氣天窗眾所周知,X射線和紫外線對人體是有害的。太陽活動激烈時,特別是在太陽出現大耀斑時,輻射出的X射線和紫外線對地外空間工作的宇航員有時會致命或者致殘。因此,宇航員都要穿上宇航服才能到飛船外麵工作。然而,人類在地麵上幾千年繁衍生息,安全無恙,這是為什麼7這是因為地球周圍的大氣構成了人類的保護層。將所有來自地外的有害輻射絕大部分拒置於人類生息的環境之外。地球又給人類留下三個大氣天窗。便透過這個天窗用肉眼和望遠鏡觀測宇宙的奧秘,並寫下了上千年的天文學篇章。靠近光學天窗的300-200納米的紫外線輻射被大氣中的臭氧層吸收,它們隻能到達距地球約50千米的高度處。而200-100納米的紫外輻射被大氣中的氧分子所吸收,隻能到達100千米高度,短於100納米的遠紫外線、X射線和7射線被大氣中的氧原子、氧分子、氮原子、氮分子所吸收。靠近光學天窗的紅外輻射區域便是地球大氣留下的第二個大氣天窗。

紅外天窗比起光學天窗發現得很晚,它是1800年英國天文學家赫歇爾在觀測太陽時,用普通溫度計首次發現太陽的紅外線輻射,從此揭開了地球大氣的紅外天窗。

第三個地球大氣天窗便是射電天窗。它被發現的最晚,第一次打開是在1931年。當時正在美國新澤西州貝爾電話實驗室工作的專門搜索和監別電話的幹擾信號。他在若幹種幹擾信號中發現一種每隔23小時56分以秒便出現最大值的無線電幹擾。經過仔細分析研究,發現是來自銀河係的射電輻射。因此,開創了用射電波研究天體的新紀元。發現來自銀河係的射電輻射的時候,正是太陽活動極小期。不然,他也許已經檢測到太陽射電輻射了。在1314的發現以後,雖然曾多次報道了在太陽活動峰年期短波無線電接收機中出現過強的噪聲,可並沒認識到它們的真正意義。直到17發現太陽射電爆發之後,在世界各天文台才真正開始了太陽射電的觀測與研究。而在日食期間發現了太陽射電緩變分量之後,曾出現過40年代末和50年代初的日食射電觀測熱。世界許多射電天文學家率領日食觀測隊,跋山涉水到日食帶去,通過日食觀測對寧靜射電太陽的亮溫度分布,短厘米波段的臨邊增亮,米波射電太陽的橢圓形狀等,都做出過重大發現。

日食之所以受到太陽射電天文學家們的重視,是因為口食的特殊天象能看到太陽表麵的細節。而且從初虧、食甚到複圓的全過程,從射電天窗獲得的日食信息比起光學天窗來說,是極有價值而且極其豐富的。

日食射電觀測同射電幹涉儀觀測的區別

50年代後期,由於無線電技術的發展,多天線幹涉儀開始問世,並投人了太陽射電觀測,大大地推動了太陽射電天文學的發展。從此天文學家可以不必隻依靠日食天象年代的高空間分辨率觀測的機會,到日食帶去觀測太陽了。但是30多年的觀測研究結果表明,多天線幹涉儀的觀測不能完全代替日食射電觀測,它們還有許多不同之處。主要差別在四個方麵。