Welche Geheimnisse brachte der Xihe-Satellit nach mehr als einem halben Jahr der Erforschung der Sonne mit nach Hause?

„Nach dem Start von ‚Xihe‘ wurden zum ersten Mal im Weltraum die Feinstruktur und die spektrale Abbildung des Hα-Spektrums, des SiI-Spektrums und des FeI-Spektrums der gesamten Sonnenscheibe sowie Daten zu Dutzenden von Sonneneruptionen erfasst.“ Am 19. Juli verkündete Fang Cheng, Mitglied der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, wissenschaftlicher Chefberater von „Xihe“ und Professor an der Universität Nanjing, freudig diesen neuesten Fortschritt im Rahmen der Pressekonferenzreihe „1+1“ des Bildungsministeriums zum Thema „Zehn Jahre Bildung“ über die Erfolge von Hochschulen und Universitäten bei der Reform und Entwicklung wissenschaftlicher und technologischer Innovationen.

Der vollständige Name von „Xihe“ lautet „Solar Hα Spectrum Detection and Dual Super Platform Science and Technology Experimental Satellite“ und wurde am 14. Oktober 2021 gestartet. Mit dem Start von „Xihe“ brach die Geschichte meines Landes, das bisher keinen eigenen Satelliten für die Sonnenerkundung besaß.

„Wir haben nun mit der Planung einer dreidimensionalen Erforschung der Sonne begonnen und werden sie aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Beispielsweise haben wir mit den Voruntersuchungen für den Satelliten Xihe-2 begonnen und planen, ihn in fünf Jahren zum Lagrange-Punkt L5 zu starten, wo die Anziehungskraft der Sonne der der Erde entspricht und der Satellit die Sonne von der Seite beobachten kann. Darüber hinaus plant die heimische Sonnenphysik-Gemeinschaft, in weniger als fünf Jahren den Satelliten Xihe-3 zu starten, um den Nord- und Südpol der Sonne zu beobachten“, sagte Fang Cheng.

Das vollständige Profil der Si I-Spektrallinie wurde zum ersten Mal im Weltraum beobachtet

Fang Cheng führte ein, dass die Beobachtungen von „Xihe“ mit hoher spektraler und zeitlicher Auflösung detaillierte „CT“-Scans der Sonnenphotosphäre und -chromosphäre ermöglichen. Als wichtigste wissenschaftliche Nutzlast des Satelliten ist der spektroskopische Bildgeber Hα der alleinige „Fotograf“ der Sonne. Es kann mehr als 4.600 Schritte eines Vollplattenscans in 46 Sekunden durchführen, spektrale Informationen von mehr als 16 Millionen Punkten erfassen und Sonnenbilder von mehr als 300 Wellenlängenpunkten aufnehmen. Diese Spektren enthalten atmosphärische Informationen auf verschiedenen Ebenen der solaren Photosphäre und Chromosphäre.

Am 24. Oktober 2021 um 00:52 Uhr öffnete „Xihe“ offiziell „seine Augen“ und erreichte seine erste Lichtbeobachtung.

„Es ist erwähnenswert, dass die spektrale Pixelauflösung des Hα-Spektroskopie-Bildgebers 0,024 Angström erreicht, was etwa zehnmal höher ist als die Auflösung des Bodenfilters und genauere Spektrallinieninformationen liefern kann.“ Li Chuan, Chefdesigner des Wissenschafts- und Anwendungssystems „Xihe“ und Professor an der Fakultät für Astronomie und Weltraumwissenschaften der Universität Nanjing, erklärte gegenüber Science and Technology Daily.

Während der Beobachtung erhielt „Xihe“ erstmals die Spektralprofile der solaren Hα-Spektrallinie, der Si I-Spektrallinie und der Fe I-Spektrallinie.

Fang Cheng führte ein, dass die solaren Hα-Spektrallinien, Si I-Spektrallinien und Fe I-Spektrallinien in unterschiedlichen Höhen der Sonnenatmosphäre entstehen. Unter diesen ist die Hα-Spektrallinie die Spektrallinie mit der stärksten Reaktion auf Sonnenaktivität in der unteren Atmosphäre der Sonne. Das Zentrum der Hα-Spektrallinie befindet sich etwa 1300–1500 Kilometer vom Boden der Photosphäre entfernt und kann die Informationen der Sonnenchromosphäre widerspiegeln, und die Linienflügel spiegeln die Informationen der Sonnenphotosphäre wider. die Si I-Spektrallinie entsteht etwa fünfzig oder sechzig Kilometer vom unteren Rand der Sonnenphotosphäre entfernt; Die Fe I-Spektrallinie entsteht zwei- bis dreihundert Kilometer vom unteren Rand der Photosphäre entfernt.

„Die Analyse der Informationen der drei Spektrallinien kann die Verteilung physikalischer Größen in der Sonnenatmosphäre in verschiedenen Höhen aufdecken“, sagte Fang Cheng.

Das Besondere dabei ist, dass die Si I-Spektrallinie in der Vergangenheit bei Beobachtungen vom Boden aus durch die Spektrallinie der Wassermoleküle in der Erdatmosphäre verdeckt wurde und daher nur schwer zu erfassen war. Die Informationen zu den Weltraumspektrallinien werden von der Erdatmosphäre nicht beeinflusst. „Xihe“ gelang die weltweit erste direkte Beobachtung des vollständigen Spektrallinienprofils von Si I.

„Nachdem wir die Si I-Spektrallinie erhalten haben, können wir sie mit anderen Spektrallinien kombinieren, um daraus die Temperatur und Dichte der Sonnenatmosphäre zu berechnen, was uns hilft, die atmosphärische Struktur der Sonne zu untersuchen“, sagte Fang Cheng.

Das Doppler-Geschwindigkeitsfeld der gesamten Scheibe weist eine hohe Genauigkeit auf, die der Beobachtung der Sonnenaktivität mit einer Lupe entspricht.

Zusätzlich zur Spektralbildgebung der gesamten Sonnenscheibe kann Xihe auch lokale Spektralbildgebungen der Sonnenscheibe und Fixpunkt-Spektralbeobachtungen auf der Grundlage der Sonnenaktivität durchführen.

Fang Cheng führte ein, dass „Xihe“ das detaillierte Profil der Hα-Spektrallinie an jedem Punkt der Sonnenscheibe erhalten und somit das hochpräzise Chromosphären-Doppler-Geschwindigkeitsfeld der gesamten Sonnenscheibe umkehren kann, was bei früheren Beobachtungen nie erreicht wurde. Gleichzeitig erhielt „Xihe“ auch ein hochpräzises photosphärenförmiges Doppler-Geschwindigkeitsfeld für die gesamte Scheibe. Durch die Analyse der spektralen Pixelauflösung und der Anpassung des Spektrallinienprofils ist die Genauigkeit des Geschwindigkeitsfelds besser als 0,06 km/s.

Was bedeutet diese Zahl? Li Chuan erklärte, dass sich der Einfluss der Sonne auf den Menschen insbesondere in gelegentlichen Sonneneruptionen und koronalen Massenauswürfen manifestiere. Ein Flare ist eine explosive Aktivität, bei der ein lokaler Bereich der Sonne plötzlich heller wird. Ein Flare mittlerer Intensität kann starke Strahlung von Gammastrahlen bis hin zu Radiowellen aussenden, deren Gesamtenergie etwa einer bis zehn Milliarden Atombombenexplosionen entspricht. Ein koronaler Massenauswurf ist eine großflächige Materieexplosion auf der Sonne. Eine Explosion kann etwa 100 Millionen bis 1 Milliarde Tonnen Materie in den interplanetaren Raum schleudern.

„Die von Sonnenexplosionen ausgestoßene Materie bewegt sich sehr schnell im Weltraum, oft mit Hunderten bis ein- oder zweitausend Kilometern pro Sekunde, und die Geschwindigkeit spiegelt auch die kinetische Energie und die Kraftverhältnisse der Materie wider. Die Genauigkeit von 0,06 Kilometern pro Sekunde entspricht dem Betrachten des Prozesses der Sonnenaktivität durch eine Lupe und dem anschließenden Verständnis der Ursachen für die Auslösung dieser explosiven Aktivitäten und des Prozesses ihrer Ausbreitung“, sagte Li Chuan.

Derzeit generiert „Xihe“ täglich etwa 1,2 TB Rohdaten. Nach einer vorläufigen Analyse generiert das wissenschaftliche Forschungsteam daraus wissenschaftliche Daten, die von Wissenschaftlern direkt verwendet werden können.

Originaltitel: Welche Geheimnisse wurden nach über einem halben Jahr wieder ans Licht gebracht? Xihe erhält erstmals drei Sonnenspektralprofile

Jin Feng, Reporter der Science and Technology Daily

Quelle: Science and Technology Daily