本文是關於2024 年北美日全食特別報道的一部分，日全食將於 2024 年 4 月 8 日在美國、墨西哥和加拿大等地可見。
Shadia Habbal 為了科學探索不遠萬里。這位夏威夷大學的天文學家領導著一個名為“太陽風夏爾巴人”的研究小組。自 1995 年以來，這些科學家環遊世界，觀測了 18 次日全食，包括在北極和南極。每次旅行都需要兩年的準備時間，只為了在月球的陰影中站立幾分鐘的寶貴時間，希望能瞥見太陽的日冕——太陽大氣層中羽毛狀的外層，通常會被恆星的光芒掩蓋。
然而，夏爾巴人前往觀測的日食中，超過三分之一都被雲層遮蔽。2021 年，該小組跋涉到南極，但沒有看到日全食的任何部分。“那是一次殘酷、令人心碎、痛苦的經歷，”夏威夷大學天文學研究生、夏爾巴人成員 Sage Constantinou 說。
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該團隊將在 4 月 8 日即將到來的北美日全食期間再次獲得機會。這一次，他們有一個非常規的計劃來避開雲層。科學家們將發射一個裝載儀器的巨型風箏，升入兩英里高的空中，希望能高於任何阻礙日食的雲層。該專案將是首次使用風箏進行日食觀測。如果成功，即使天空多雲，也能觀測到日冕。
地球不斷感受到太陽日冕的影響。太陽產生太陽風——從日冕流出的持續不斷的質子和電子流——有時還會發出稱為日冕物質拋射的大量粒子“噴發”。這些粒子會撞擊地球並引起各種擾動，從美麗的極光到損壞的衛星。像 Habbal 這樣的天文學家想確切地瞭解太陽風是如何在日冕中形成的，而日全食是研究日冕全貌的最佳方式。
4 月的日食將格外壯觀，因為太陽活動正處於 11 年活動週期的最大值，預計將在 2024 年年中至年末發生。在太陽活動極大期，日冕變得更熱、更復雜，其通常的雙瓣結構分裂成尖刺的花瓣。
太陽風夏爾巴人團隊成員在 2023 年 4 月澳大利亞日全食期間測試他們 600 米長的繫繩風箏。
圖片來源：Shadia Habbal
在即將到來的日食期間，夏爾巴人將用一根令人印象深刻的 4000 米長的繫繩放飛他們的儀器風箏，這將使其能夠翱翔在大多數中低層雲之上。這個紅色、黃色和藍色的風箏大約有一個雙車庫那麼大。風箏下方將懸掛一個巨大的腰瓶狀容器，裡面裝有一個光譜儀，這是一種可以探測太陽日冕發出的不同波長光的儀器。容器頂部是一個頭盔狀的太陽跟蹤裝置，裡面裝有兩個攝像頭——一個帶有用於日全食前的深色太陽濾鏡，另一個是用於全食期間的無濾鏡攝像頭。攝像頭透過搜尋天空中最亮的位置來自動指向太陽。
夏爾巴人在 2023 年 4 月澳大利亞日全食期間測試了他們較短的 600 米長版本的風箏。他們能夠收集到關於日食的資料，但他們的太陽跟蹤器未能使太陽完全居中。這產生了多個重疊的太陽光譜，難以解釋。研究人員此後一直在努力改進他們的跟蹤器。對於 2024 年 4 月的日食，他們將使用全長的繫繩，目標是證明風箏是一種相對低成本的方式，可以研究日食，使其免受大多數雲層的影響。他們的風箏裝置開發成本約為 16 萬美元，而另一種替代方案——一架特別改裝的 NASA 飛機——每次使用成本為數十萬美元。
該團隊設計和製造其所有科學裝置。Constantinou 的辦公室裡有一臺鑽床、兩臺 3D 印表機和一個位於他桌子下的鍛造爐。“這是我最喜歡這個團隊的事情之一，”他說。“當你想出一些儀器設計的想法時，不必去車間讓他們設計，我可以自己製作。”
夏爾巴人主要使用他們的光譜儀和相機來觀察來自太陽中不同型別鐵的明亮發射線。恆星的極端高溫使其氣體原子充滿能量並將它們撞擊在一起，導致它們失去電子。這個過程產生明亮的發射線，科學家們測量這些發射線來確定太陽大氣層不同部分的溫度。
2006 年利比亞的日食是 Habbal 最喜歡的日食之一——在全食的最後 40 秒，她拍攝了世界上第一張 Fe XI 發射帶中日冕的照片，這是來自失去 10 個電子的鐵原子的光，對應於大約兩百萬華氏度的溫度。劍橋大學的天體物理學家 Giulio Del Zanna 說，Habbal 在 Fe XI 中拍攝的影像揭示了以前未見過的特徵，並提供了一種觀察太陽的新方法，他不是夏爾巴人團隊的成員。
對於 2024 年 4 月的日食，夏爾巴人選擇前往阿肯色州、得克薩斯州和墨西哥地區，因為預計這些地區的雲層覆蓋率較低。“在日食發生前幾個月，我總是做關於日食的噩夢，”Habbal 說。“比如，要麼我們去錯了地方，要麼我們沒有及時做好準備。”她曾因風箏的問題而夜不能寐。“但我們不應該回避做不尋常的事情，或者作為科學家跳出框框思考，”Habbal 補充道。