我們拍的太陽總是模糊一片，為何衛星卻能高清炫彩？

我們使用普通成像設備拍攝太陽時，往往難以看清細節；但是衛星拍攝的太陽圖像不僅非常清晰，還絢麗多彩，這是為什么呢？

“羲和號”拍攝的太陽圖像

（圖片來源：國家航天局）

地面觀測太陽的局限及解決辦法

觀測太陽其實是一件看似容易，實則比較困難的事，容易的地方在于我們很快就可以找到它，困難的地方在于該如何觀測。千萬不能用肉眼直視太陽，因為強光會導致視網膜受損，這種情況下我們需要佩戴可靠的防護眼鏡。即便是相機等攝影器材，在沒有保護措施的情況下直接拍攝太陽，光學元件也可能損壞。

拍攝太陽圖像的正確做法是：給器材安裝一個經過相關認證的濾光片。如果需要觀測色球層或展開深入研究，就需要氫-α濾光片（一種能過濾特定波長光線，專門用于觀測太陽色球層的光學元件）等物件，由此可獲得細節相當豐富的太陽圖像。如果考慮大氣因素的影響，地面拍攝太陽最佳的時間通常是清晨，這時候大氣溫度尚未升高，有利于觀測成像。

白光太陽圖像，可以觀察到太陽黑子等較為常見的現象，也可用于觀測日食，但其他細節就很少。

（圖片來源：luntsolarsystems）

使用氫-α濾光片觀測太陽時拍攝的畫面，細節更為豐富。

（圖片來源：luntsolarsystems）

根據以上兩張圖像可以看出，在地面上觀測太陽，使用不同的濾光片時我們可以得到截然不同的太陽圖像，這是因為濾光片能對光線進行“過濾”，阻斷不需要的光譜，從而呈現特殊波長條件下物體的圖像。

地面觀測的“天然屏障”——大氣

在地面上觀測太陽或者拍攝太陽圖像是有明顯局限性的，核心原因是地球大氣的存在。太陽發出的可見光、紅外和紫外輻射與地球生命的生存密切相關，而地球生態系統演化出能保護生命繁衍的大氣層可：它可有效過濾部分的紫外線，高層大氣、臭氧分子會吸收掉一些對生命不友好的輻射，形成一道天然的屏障。

這也是科學家在系外行星的觀測中，格外關注那些有大氣結構的巖質行星的原因，如果它們與恒星之間的距離比較適宜，那么就可能具備演化出生命的一些潛在條件。順便提一下，對系外行星進行觀測，需要非常專業的大型望遠鏡或者空間天文臺。

但是從觀測太陽的角度看，大氣的“保護作用”反而成了阻礙。被大氣層阻擋的紫外線，恰恰是太陽最為精彩的成像波段之一，因此，在地面上觀測太陽，即便設備有著較高的分辨率，成像也會受限。

地球大氣層可阻擋一部分來自太陽的紫外線

（圖片來源：pranaair）

為此科學家就想方設法將觀測裝置轉移到軌道上，由此催生了探空火箭、專門承載太陽空間望遠鏡的科學探測衛星等多種手段。例如，我國的“羲和號”太陽探測科學技術試驗衛星，近期就觀測到一次日珥爆發——大量的等離子體物質和能量被拋向太空，景象非常壯觀，具有較高的科學研究價值。當我們將觀測設備轉移到太空后，在高分辨率成像等技術支持下，就可以拍攝到兼具觀賞價值和研究價值的太陽圖像。

“羲和號”觀測的太陽暗條/日珥的演化和爆發

（圖片來源：國家航天局）

衛星觀測時間更長、距離更近

太陽觀測衛星的觀測時間要比地面望遠鏡更長，這意味著它能夠長時間“盯”著太陽的一舉一動，密切關注太陽表面所發生的任何一個微小的事件，因為這些事件可能會影響到地球周圍的空間環境，需要不間斷觀測。

以NASA的太陽動力學天文臺為例，它幾乎可以實現24小時全天候觀測太陽，軌道高度大約3.5萬公里，軌道傾角28.5度。太陽動力學天文臺攜帶的設備能夠在較短的時間內以近10個不同波長拍攝太陽的圖像，幾乎實現了每時每刻都“盯”著太陽，與地面觀測站相比，有著明顯的優勢。

這條軌道的特點是高度較高，每天觀測太陽的時間長，能夠清晰地觀察到太陽物質在日冕層中流動的情況等。當然，由于日地關系，衛星的視角在特殊時候會被遮擋，比如發生“地球凌日”時：此時地球位于衛星與太陽之間，造成阻擋而導致衛星無法觀測。這個現象持續時間較短，一般發生在春秋時分，持續數十分鐘。即便如此，科學家也能利用這個契機對太陽進行觀測，畢竟在地球上日食現象并不常見，但是在太空中可以利用軌道的特殊性形成遮擋。

衛星可實現全天觀測太陽，白色小點為衛星，白色線條為其軌道。

（圖片來源：NASA）

太陽動力學天文臺只是繞地球運行的眾多太陽探測器一員，為了進一步觀測太陽，科學家就設想讓探測器更靠近太陽，甚至是繞日運行，這樣一來，除了能獲得相關空間數據外，還能拍攝到太陽表面的高分辨率圖像。

例如帕克探測器，它運行在繞日軌道上，不僅實現了全天對太陽進行觀測，而且還在不斷縮短與太陽的距離。自2018年發射升空后，該探測器利用多次飛越金星的機會減小近日點距離。在2024年12月，探測器距離太陽表面大約380萬英里，相當于約610萬公里，當時探測器拍攝到太陽風從太陽外層大氣日冕中噴涌而出的高清晰度圖像，具有重大的科學研究意義。

帕克探測器近距離捕捉到太陽風粒子噴涌而出的圖像

（圖片來源：NASA）

衛星的觀測手段更加多樣化

地面觀測太陽常常受限于設備。公眾能買到的觀測設備，比如日常使用的手機，或者專業一些的天文望遠鏡，主要在可見光波長范圍內進行觀測。稍微專業一些的人士可能會購買氫-α（H-ALPHA）濾光片安裝在望遠鏡上，對太陽進行觀測，這樣做的目的是可以觀測到太陽的色球層，與只通過白光觀測太陽相比，拍攝出的照片顯然會更有意義。當然這種濾光片價格也不菲，主要針對專業人士，使用和操作也更需要一些技巧。安裝氫-α濾光片后，就能拍攝比較清晰的日珥、色球層的纖維狀結構、熱氣體噴射等太陽表面的一些細節變化。

天文愛好者使用安裝了氫-α濾光片的專業望遠鏡對太陽進行拍攝的圖像

（圖片來源：skyandtelescope）

上圖是一名叫鮑勃·安托爾的天文愛好者使用加裝氫-α濾光片后的望遠鏡拍攝的太陽巨型日珥的圖像。日珥是恒星表面的能量活動，跨度之廣甚至可以容納下多個地球，由于其形狀呈現出環形，因此被稱為日珥。

觀測日珥是許多天文愛好者研究太陽的主要目標之一。由于日珥呈現出動態變化的特征，在一段時間內會以較慢的速度拋向更高的位置，然后物質再次重新聚集后又落回。這種動態的變化使得太陽觀測變得非常有趣，即便是很小的日珥，也常常比地球還大，剎那間給人一種“宇宙之浩渺，人類非常渺小”的感嘆。

在鮑勃拍攝的這張圖像中，我們還能看到太陽表面出現了許多“針狀體”，就像橙色的皮毛在太陽盤面蔓延著，它們是跨度達到數千公里的熱氣體噴流，不斷擾動著色球層。由此可見，增加了氫-α濾光片后拍攝的太陽照片，能將色球層上的許多細節都展現在眼前，為太陽觀測增添了更多趣味。

從觀測波長角度看，即便是使用了氫-α濾光片，讓我們感受到太陽的動態之美，但其仍然屬于可見光波長的范圍。我們通過專職觀測太陽的空間天文臺看到的太陽圖像卻又非常炫酷多彩，既不顯單調，又能讓我們看到與眾不同的太陽，這是為什么呢？最重要的原因是空間天文臺的觀測手段更多樣化，可以在不同波長條件下對太陽進行觀測成像，科學家再將這些照片進行疊加處理，最后讓我們看到非常炫酷壯觀的太陽圖像。

由多個波長的圖像進行處理后形成的太陽圖像

（圖片來源：NASA）

上圖是空間望遠鏡的大氣成像組件拍攝的圖像，涉及三個觀測波長，主要集中在極紫外（一種波長比紫外線更短的電磁波，對太陽活動觀測至關重要）波長。多個波長照片綜合處理后，會使得太陽照片顯得更加絢麗，像是一個色彩豐富的大球。隨著波長的改變，比如向X射線方向移動，太陽又將是另一番景象。

太陽的X射線圖像，可見納米耀斑的爆發。

（圖片來源：NASA）

這是太陽的X射線圖像，由探空火箭搭載的觀測設備在數百公里的高度拍攝而成。此時的太陽猶如一副猙獰的面孔，四處彌漫著一種幽暗感，就像一個巨大的黑球深不可測，完全沒有了紫外波長下色彩豐富的樣子。科學家通過觀測太陽的X射線圖像，可以發現許多我們平時看不見、察覺不到的奧秘。比如太陽平靜的外表下，其實隱藏著無數個被稱為納米耀斑的微型能量爆發，規模雖然小，但強度很大，與太陽大氣中的磁場線纏繞在一起，就像橡皮筋被拉伸到極致后突然崩斷那樣，產生強大的能量。

這些奇異的現象發生在人的肉眼無法觀測到的特殊波長下，這就需要用專門的設備去收集X射線，能夠實現這個目標的主要是一些大型的研究機構。獲得高質量的X射線圖像并不是一件容易的事，與可見光成像不同，X射線是難以聚焦的，這就需要有一些專業技術作為支撐，讓成像更加清晰，才能洞察到太陽表面下方隱藏的我們肉眼看不到的奧秘。

從中我們也可以看出，太陽最絢麗、最精彩的觀測波段位于紫外波段，展現出太陽上千變萬化的能量釋放。X射線圖像揭示了我們肉眼不可見之處其實才是太陽真正隱藏奧秘之處。在宇宙中，眼見不一定為實，人類肉眼所能感知到的波長只是諸多天體事件的一小部分。

衛星也需要高分辨率觀測儀器

衛星之所以能觀測到清晰的太陽圖像，還有一個原因是圖像也有著較高的分辨率。當然，陸地上的天文臺也能實現這個目標，只不過受到大氣因素的限制而無法發揮。比如位于夏威夷的DKIST太陽望遠鏡，工作波長高于380納米，能夠拍攝到高分辨率的太陽黑子圖像，但對于非常精彩的紫外波段就無能為力。

太陽觀測望遠鏡拍攝到的黑子高分辨率圖像

（圖片來源：NSO）

太陽軌道飛行器所拍攝的太陽圖像，圖中灰色區域代表一個網格，這張圖由25個網格構成。

（圖片來源：ESA）

上面這張圖像是2025年3月，歐洲空間局的太陽軌道飛行器所拍攝。圖像原版的尺寸為12544×12544像素，距離太陽大約7700萬公里，波長為17.4納米，由200張圖像組合而言。這200張圖像分布在5×5的網格中，相當于把這張圖分為25個網格，每個網格有6張高分辨率圖像和2張廣角圖像，然后再將其進行拼接組合，才有了我們看到的超高分辨率圖像。

在這張圖像中，可以看到太陽的整體面貌，以及多種常見的太陽活動現象。該圖像觀測波長為17.4納米，屬于極紫外范圍，由于地球大氣的緣故，地面上的望遠鏡無法觀測這一波段。

三種不同空間天文臺對太陽的成像能力對比

（圖片來源：NASA）

對于空間望遠鏡而言，自身的技術也在不斷迭代，觀測儀器的分辨率也在不斷提高。上圖就展示了三種不同空間望遠鏡的觀測分辨率，從左到右分別是“太陽和日光層空間觀測站”拍攝的照片，“日地關系空間天文臺”的拍攝的太陽照片，“太陽動力學天文臺”攜帶的大氣成像組件拍攝的照片。從成像分辨率上看，右圖是中圖的2倍，是左圖的4倍。成像頻率上，左圖“太陽動力學天文臺”可以實現每秒拍攝一張圖像，中圖“日地關系空間天文臺”成像能力是每3分鐘拍攝一張，左圖“太陽和日光層空間觀測站”則是每12分鐘拍攝一張。

所以，開篇問題的答案已經揭曉：衛星之所以能拍攝到絢麗多彩的太陽圖像，是因為普通設備拍攝太陽效果有限，而衛星能突破地球大氣限制，在太空中通過更長觀測時間、多樣化觀測手段（覆蓋紫外、X射線等多波段）和高分辨率儀器，捕捉太陽的細微活動。尤其是極紫外等波段的成像，經疊加處理后，能呈現出地面觀測無法比擬的絢麗色彩。

衛星拍攝的太陽圖像不僅美觀，更承載著太陽活動的科學信息，幫助人類更深入地理解這顆孕育地球生命的恒星。

出品：科普中國

作者：川陀太空（科普創作者）

監制：中國科普博覽