本文是关于2024 年北美日全食特别报道的一部分，日全食将于 2024 年 4 月 8 日在美国、墨西哥和加拿大等地可见。
Shadia Habbal 为了科学探索不远万里。这位夏威夷大学的天文学家领导着一个名为“太阳风夏尔巴人”的研究小组。自 1995 年以来，这些科学家环游世界，观测了 18 次日全食，包括在北极和南极。每次旅行都需要两年的准备时间，只为了在月球的阴影中站立几分钟的宝贵时间，希望能瞥见太阳的日冕——太阳大气层中羽毛状的外层，通常会被恒星的光芒掩盖。
然而，夏尔巴人前往观测的日食中，超过三分之一都被云层遮蔽。2021 年，该小组跋涉到南极，但没有看到日全食的任何部分。“那是一次残酷、令人心碎、痛苦的经历，”夏威夷大学天文学研究生、夏尔巴人成员 Sage Constantinou 说。
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该团队将在 4 月 8 日即将到来的北美日全食期间再次获得机会。这一次，他们有一个非常规的计划来避开云层。科学家们将发射一个装载仪器的巨型风筝，升入两英里高的空中，希望能高于任何阻碍日食的云层。该项目将是首次使用风筝进行日食观测。如果成功，即使天空多云，也能观测到日冕。
地球不断感受到太阳日冕的影响。太阳产生太阳风——从日冕流出的持续不断的质子和电子流——有时还会发出称为日冕物质抛射的大量粒子“喷发”。这些粒子会撞击地球并引起各种扰动，从美丽的极光到损坏的卫星。像 Habbal 这样的天文学家想确切地了解太阳风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 月的日食将格外壮观，因为太阳活动正处于 11 年活动周期的最大值，预计将在 2024 年年中至年末发生。在太阳活动极大期，日冕变得更热、更复杂，其通常的双瓣结构分裂成尖刺的花瓣。
太阳风夏尔巴人团队成员在 2023 年 4 月澳大利亚日全食期间测试他们 600 米长的系绳风筝。
图片来源：Shadia Habbal
在即将到来的日食期间，夏尔巴人将用一根令人印象深刻的 4000 米长的系绳放飞他们的仪器风筝，这将使其能够翱翔在大多数中低层云之上。这个红色、黄色和蓝色的风筝大约有一个双车库那么大。风筝下方将悬挂一个巨大的腰瓶状容器，里面装有一个光谱仪，这是一种可以探测太阳日冕发出的不同波长光的仪器。容器顶部是一个头盔状的太阳跟踪装置，里面装有两个摄像头——一个带有用于日全食前的深色太阳滤镜，另一个是用于全食期间的无滤镜摄像头。摄像头通过搜索天空中最亮的位置来自动指向太阳。
夏尔巴人在 2023 年 4 月澳大利亚日全食期间测试了他们较短的 600 米长版本的风筝。他们能够收集到关于日食的数据，但他们的太阳跟踪器未能使太阳完全居中。这产生了多个重叠的太阳光谱，难以解释。研究人员此后一直在努力改进他们的跟踪器。对于 2024 年 4 月的日食，他们将使用全长的系绳，目标是证明风筝是一种相对低成本的方式，可以研究日食，使其免受大多数云层的影响。他们的风筝装置开发成本约为 16 万美元，而另一种替代方案——一架特别改装的 NASA 飞机——每次使用成本为数十万美元。
该团队设计和制造其所有科学设备。Constantinou 的办公室里有一台钻床、两台 3D 打印机和一个位于他桌子下的锻造炉。“这是我最喜欢这个团队的事情之一，”他说。“当你想出一些仪器设计的想法时，不必去车间让他们设计，我可以自己制作。”
夏尔巴人主要使用他们的光谱仪和相机来观察来自太阳中不同类型铁的明亮发射线。恒星的极端高温使其气体原子充满能量并将它们撞击在一起，导致它们失去电子。这个过程产生明亮的发射线，科学家们测量这些发射线来确定太阳大气层不同部分的温度。
2006 年利比亚的日食是 Habbal 最喜欢的日食之一——在全食的最后 40 秒，她拍摄了世界上第一张 Fe XI 发射带中日冕的照片，这是来自失去 10 个电子的铁原子的光，对应于大约两百万华氏度的温度。剑桥大学的天体物理学家 Giulio Del Zanna 说，Habbal 在 Fe XI 中拍摄的图像揭示了以前未见过的特征，并提供了一种观察太阳的新方法，他不是夏尔巴人团队的成员。
对于 2024 年 4 月的日食，夏尔巴人选择前往阿肯色州、得克萨斯州和墨西哥地区，因为预计这些地区的云层覆盖率较低。“在日食发生前几个月，我总是做关于日食的噩梦，”Habbal 说。“比如，要么我们去错了地方，要么我们没有及时做好准备。”她曾因风筝的问题而夜不能寐。“但我们不应该回避做不寻常的事情，或者作为科学家跳出框框思考，”Habbal 补充道。