发生日全食的时候,太阳本体被月球完全遮挡,外侧一层银白色光晕显露出来,形态如同扣在太阳上的帽子,这就是日冕。它属于太阳最外层大气。日常状态下,肉眼无法直接观测日冕,观测工作需要使用专用日冕仪。

日冕可以划分成内冕与外冕。内冕边界距离太阳表面大约 3 个太阳半径,折合 200 万千米。超出这个范围的部分称为外冕,向外延伸,最远能够抵达地球轨道外侧。日冕物质密度极低,就算相对密集的内冕,密度也低于地球大气十亿分之一,环境接近真空。日冕轮廓没有固定形态,有时接近圆形,有时偏扁。赤道区域分布大量向外延展的冕流,太阳两极区域,则生长出羽毛形态的极羽。
2012 年 7 月 11 日,NASA 高分辨率日冕成像仪 Hi-C 搭乘探空火箭升空,使用 19.3 纳米紫外波段进行拍摄,这个波长仅为可见光的 1/25。设备传回 1600 万像素图像,记录下日冕的精细活动结构。

Hi-C 拍摄画面的细节解析能力,约为太阳动力学天文台 SDO 大气成像仪的 5 倍。依托全新的镜面设计,这台望远镜能够捕捉宽度小至 135 英里的微小结构。项目科研人员拿老式阴极射线电视升级高清电视,类比这次观测带来的画质提升。火箭属于亚轨道飞行,整段任务时长仅有 10 分钟,其中有效数据采集时间大约 330 秒。哈佛 – 史密森天体物理中心的莱昂・戈卢布担任首席研究员,他评价这短短几分钟,是投入成本里收获最高的观测时段。
项目团队选定 NOAA1520 太阳黑子附近的活跃区域作为观测目标,发射当天,研究人员根据黑子尺寸和活动强弱敲定观测对象。图像记录下磁场缠绕等离子体形成的复杂网状结构。日冕内部是上百万摄氏度的等离子体,高温环境,让它主要释放 X 射线与极紫外波段辐射。
太阳学界持续多年研究两个方向,一是日冕温度维持百万摄氏度的成因,二是太阳耀斑、日冕物质抛射这类爆发活动的产生机制。日冕物质抛射抵达地球,会对地球空间环境带来冲击。Hi-C 的设计目标,就是捕捉驱动太阳活动的微观精细结构。

项目合作单位包含中央兰开夏大学、NASA 与美国史密森学会。中央兰开夏大学研究主任罗伯特・沃尔什对外公布,首批成像资料超出团队预期,能在更深层级解析太阳大气结构。观测数据帮助科研人员追踪日冕带电气体喷射过程,摸清能量释放的整套机制。
NASA 马歇尔太空飞行中心科学家乔纳森・瑟坦记录,发射窗口期,太阳刚好出现密集活动,团队锁定合适的黑子区域,顺利拿到目标图像。对比 Hi-C 和 SDO 的图像,两套设备拍摄同一区域,分辨率差异直观可见。
太阳爆发风暴一旦温度达到百万摄氏度级别,会向行星空间释放能量,影响地球。很长一段时间,日冕内部的各类变化,缺少足够清晰的观测素材。Hi-C 短暂的探空火箭任务,填补了这部分观测空白。小尺度的磁场与等离子体活动,能够逐步发展,触发大范围太阳爆发。
地球拥有 46 亿年演化历史,人类在地球上存在约 500 万年。现有观测设备还不能完整解释太阳外层大气的全部现象。Hi-C 的短暂飞行,给太阳物理领域留下大量可供持续分析的图像资料。