南京大学本科生国际科考队北美日全食观测任务取得圆满成功

日全食地球上部分地点太阳光被月亮全部遮住的天文现象,在天文研究中具有极其重要的科学价值如大约100年前,天文学家通过分析日全食期间的光谱首次在太阳中发现了氦元素;天文学家还通过观测日全食期间周围亮星的光线扭曲验证了引力透镜效应,第一次验证了广义相对论。

日全食还为观测日冕提供了绝佳的机会。日冕指太阳的外层大气,是太阳风暴的发源地,观测日冕无论是对研究太阳爆发还是预报灾害性空间天气都有着十分重要的科学意义然而,对日冕的观测并非易事。直到一位法国天文学家李奥在1930年发明了日冕仪后,人们才实现了对日冕的常规观测。但是,受杂散光的影响,目前最先进的日冕仪还存在一些技术限制,无法做到正好对日面的完全遮挡,一般都要遮住比日面大很多的区域,从而导致无法对临近太阳表面附近(如1.5个太阳半径内)的低日冕进行观测

相比之下,在日全食期间月面可以正好日面完全遮从而实现对整个日冕(从低日冕到高日冕)的完整观测,在欣赏日全食这一天文奇观的同时实现有价值的科学实验本次北美日全食发生在月球过近地点(2024年4月7日)后一天,月球的视直径比太阳大了约5.5%,持续时间约有4分钟,在历史记录中属于相对较长的日全食。为此,南京大学天文与空间科学学院程鑫教授提出了《基于2024年北美日全食观测的日冕大尺度结构研究》项目,项目得到了学校和本科生院的大力支持。

图1:团队成员吴思哲同学正在调试设备


2023年8月项目成立了一支南京大学日全食国际科考队,由程鑫教授、何秋会老师,以及云南天文台屈中权研究员(国际天文联合会日食工作组主席)担任指导老师,遴选的学生成员包括吴思哲(大二)、黄禹豪劳晴晖(大三)、李宜骅(大四)。随后,团队成员在中国科学院云南天文台凤凰山总部跟随屈中权研究员学习,进行了日全食科学观测的前期培训;2023年9月至11月,团队成员根据科学目标,自主规划、决策并完成了观测设备的组装和初步调试(图1);2023年12月至2024年3月,团队成员进行多次模拟观测调整了相关仪器设备的参数,为实地观测做好充足的准备。

图2:南京大学日全食科考队第一小分队在阿灵顿地区观测


美国中部时间2024年4月8日,日全食在美国大部、加拿大和墨西哥的部分地区发生。综合考虑天气和交通的情况下,团队选择兵分两路分别在美国德克萨斯州阿灵顿地区(图2)、阿肯色州奥登地区进行本次日全食观测。本次日全食的具体时间如下:在德克萨斯州达拉斯阿灵顿地区,12:22:46初亏,13:40:23全食开始,13:43::45全食结束,在阿肯色州奥登地区,12:31:07初亏,13:48:11全食开始,13:52:30全食结束

图3:日冕Fe XIV发射线图像,可见闭合冕环日珥等特征,中间日食区域为"羲和号"同时观测的色球图像

图4:日冕可见光图像,可见大尺度日冕结构,中间日食区域为"羲和号"同时观测的色球图像


黄禹豪、李宜骅、劳晴晖在该地区的德州大学阿灵顿分校的Maverick Stadium观测到了本次日食的全过程,拍摄到了食甚期间的日冕Fe XIV发射线图像,其中可见闭合冕环、日珥等精细特征(图3);吴思哲在阿肯色州奥登镇拍摄到了本次日全食期间的大尺度日冕结构及其动态变化过程(图4)值得一提的是,本次观测还得到了University of Texas at Arlington的Yue Deng教授团队的大力支持。

在未来,团队成员将深入分析本次日全食观测数据,研究日冕大尺度结构的动力学特征,也将利用三维全球磁流体动力学模拟合成观测图像与本次实地观测图像进行详细比较,建立本次日全食期间的全球三维日冕模型。