前不久，“羲和号”卫星顺利通过在轨试验总结评审。自2021年10月14日发射升空以来，这颗太阳探测卫星已实现了所有预设的任务目标。2022年11月7日，“羲和号”更是按计划实现了平台与载荷舱的物理隔离，在世界上首次将磁悬浮技术在航天器上进行工程应用，从而实现超精超稳的“双超”控制。

　　目前“羲和号”每天产生可供直接研究的未压缩一级科学数据约760GB，在南京大学的太阳科学数据中心每日不断更新。

　　通过“羲和号”，我们对太阳的了解也在逐步加深。

　　太阳有张“阴阳脸”

　　下面两张图，应该是“羲和号”相关新闻中最常见的两幅了，今天我们就用这张图来给大家科普一个耳熟的概念——“多普勒效应”。

　　上边这幅看起来比较柔和平缓的是太阳的光球成像，下边“麻麻点点”比较厉害的，是太阳的色球成像。这些照片是“羲和号”在46秒内一次扫描整个日面完成的，很厉害吧?

　　我猜，首先吸引大家注意力的是图中的红蓝配色，大家一定想知道，这颜色是什么意思呢?两个半圆颜色差这么多，太阳怎么还是个阴阳脸?

　　来，我们细看下左下角那个红蓝条，标注着：深红3千米/秒，深蓝-3千米/秒。意思是：深红色表示这个点正以3千米/秒的速度远离我们，而深蓝色则是以3千米/秒的速度迎面扑来。

　　一半太阳在离我们而去，另一半朝着我们跑来，这是怎样一个精神分裂的场景呢?我们仔细一想，就恍然大悟了：这说明太阳在自转啊!我们随手转转桌上的水杯，同样也会看到，它的一侧从视野中出现，然后离自己越来越近，转过中线之后，就开始渐渐远离，直到消失到杯子的背面。

　　太阳就像这个杯子一样。我们随意选定一个点，看着它从太阳背面转出来。这个点刚在左边缘出现时，它全速朝着我们前进，所以左边缘的蓝色最深。随着这个点转向日面中央，它的方向逐渐变成了从左到右的平动，这时蓝色越来越浅，当它位于正中间时，就和我们“不即不离”，在图中显示为白色。接下来越来越快地远离我们，经历一个从浅红到深红的变化，直到全速消失在右边缘。

　　什么是多普勒效应?

　　那么，怎么通过观测得知，太阳表面的一部分在接近一部分在远离呢?这就要引入一个概念——“多普勒效应”。

小鸊鷉老师演示多普勒效应 作者拍摄

　　简单来说，多普勒效应就是：当一个波源在运动时，会把前方的波“挤压”得更密，波长更短，而把身后的波“拉伸”得更稀疏，波长更长。图中的小鸊鷉(读PT)，它前方的波纹就要比身后密一些。如果这个波是声音，例如街上跑着的救护车，经过我们身边的一瞬间，我们就会听到它的音调(不是嗓门)陡然一低，仿佛一个三脚猫歌手唱到副歌时忽然顶不住一般。如果这个波是光波，那么当它接近我们时就会变得更蓝(波长压缩)，远离我们时就会变得更红(波长拉伸)。

　　在“羲和号”携带的高精仪器眼中，这个波长变化是很容易测得的，并且这种测量正是它的主要任务之一：研究太阳动力学，观察太阳表面物质的流向。明白多普勒效应，“羲和号”拍摄的图片就很好解读了：大色块的蓝色红色是太阳自转的本底。

　　如何消除太阳自转本底?

　　在此基础上再细看局部，以蓝方为例：如果在扑向我们的蓝色半球范围内，有些部位蓝色更深，则说明这里有物质冲出太阳表面，所以出现了速度叠加;而较浅乃至白色红色的局部，则表明这部分逆势而动，有物质正在落回太阳表面。它们在太阳表面的实际运动情况，都是可以通过消除太阳自转的本底求得的。

　　乍一听，“消除太阳自转本底”非常简单，蓝半球减个蓝，红半球减个红，就搞定了嘛。其实，事情要稍微复杂一些。

　　刚才我们说过，在从左转到右的过程中，太阳朝向/背离我们的速度分量有个先大后小再大的变化。所以，左右边缘和中间部分各自要扣除的值不一样，两边扣得多，中间扣得少，有个正弦函数的变化关系。当然，这是个很直白的公式，比较容易计算。

　　更复杂的是，太阳在不同纬度(图中的上下方向)的自转速度不一样!它的赤道部分只用25天就能转完一圈，两极却要花34天半。这个现象叫做“较差自转”，在流体的恒星乃至行星——如木星、土星——都存在。太阳在各纬度的自转率大致是这样一个公式(不用记，了解一下它的复杂度就行)：

　　ω = 14.713 – 2.396sin²(φ) – 1.787sin⁴(φ) 度/天

　　这些系数会有起伏波动，是要在执行具体任务时实测确定的。

　　消除太阳自转本底后的光球和色球物质运动成像

　　这两幅图片，是最开始的两幅图消除太阳自转本底之后的结果。光球上的三个黑子一下子就显现出来了，能够看到每颗黑子有一对“动脉静脉”升降流，色球上的四大块爆发区也变得很清楚，还可以明显看出，色球层的脾气要比光球层暴烈多了，毕竟是包裹在光球外层的，温度高，密度低，个性十分张扬。

　　说起“动脉静脉”，大家可能心念一动：对啊，怎么越看越像彩超?是的，彩超的全名就是“彩色多普勒超声”——老朋友多普勒也出现在这里，判断流向的原理是一模一样的。我们再看看这个日珥升降的动图，就能够更直观地了解，“羲和号”就是在给太阳做“彩超”，监控它各处的“血液”流向。这样一想，是不是读图完全没有障碍了呢?