太阳磁场就是“物质”所在的地方。那里可能很危险。

太阳喜欢提醒我们，地球只是整个系统的一部分。它发出的紫外线会灼伤我们的皮肤和眼睛，甚至导致灭绝。日食期间，它的光芒会完全消失，它会向我们抛出扭曲纠结的太阳耀斑和充满等离子体的日冕物质抛射。尽管我们与太阳有着宇宙联系，但关于这颗关键恒星，尤其是它的磁场，仍有许多科学谜团有待解开。

美国国家科学基金会国家大气研究中心（NCAR）的太阳物理学家莎拉·吉布森在接受《大众科学》采访时表示：“太阳并不只是存在于某个与我们毫无关联的太空中。极光实际上向我们展示了这种直接联系。我们通过光，最终通过磁场，与太阳发生的事情联系在一起。”

现在，科学家们首次几乎每天都对太阳日冕磁场进行测量。这个关键点之前只被不规则地观察到，而这次新的观测提供了对这个太阳区域的更动态的观察。有了它，我们可以更多地了解是什么导致了可能影响地球上基本技术的强烈太阳风暴。这些发现详见 10 月 3 日发表在《科学》杂志上的一项研究。

[相关：为什么太阳日冕的温度比太阳表面高 200 倍？ ]

什么是太阳磁场？

太阳磁场是太阳风暴和耀斑的主要驱动因素。随着社会越来越依赖科技，这种太空天气对电网、通信系统以及 GPS 和卫星等太空技术构成了威胁。

“我们需要了解太空天气。我们需要预测太空天气。我们知识上最大的空白是，我们没有测量太阳大气（日冕）的磁场，”这项新研究的合著者吉布森说。“那是日食期间你看到的部分。磁场控制着大气的形状，它控制着等离​​子体的位置，控制着‘物质’的位置。”

测量该区域的磁性通常需要大型、昂贵的设备，而这些设备只能研究日冕的一小部分。然而，日冕地震学和新观测方法的结合，现在使研究人员能够对全球日冕的磁场产生一致而全面的观察。

“日冕磁场的全球测绘一直是太阳研究中缺失的一大部分，”这项研究的共同作者、中国北京大学、美国国家大气研究中心的博士后研究员杨子浩在一份声明中表示。“这项研究帮助我们填补了对日冕磁场理解的一个关键空白，日冕磁场是影响地球的风暴的能量来源。”

两种乐器的故事

科学家已经能够定期测量太阳表面（即光球层）的磁场。测量暗得多的日冕磁场则更加困难，这限制了我们对日冕磁场的三维结构和演变的更深入理解。

大型望远镜，如美国国家科学基金会的丹尼尔·井上太阳望远镜 (DKIST)，可以深入测量三维日冕磁场。DKIST 拥有直径 13 英尺的巨大口径，是世界上最大的太阳望远镜。它最近展示了对日冕磁场进行详细观测的能力。然而，DKIST 无法一次性绘制出太阳的全部地图。

[相关：通过特写图像查看太阳表面的热等离子泡。]

为了获得更全面的测绘结果，研究团队采用了升级版日冕多通道偏振仪 (UCoMP)。UCoMP 更适合为科学家提供更全面的日冕磁场图像，但分辨率较低，且为二维投影。

就像日食一样，UCoMP 可以遮挡部分太阳。它使用一种称为日冕仪的圆盘，使科学家能够测量太阳的大气层。与 DKIST 相比，UCoMP 的孔径要小得多——大约 7 英寸——但它可以拍摄更广阔的视野，使科学家能够在大多数日子里研究整个太阳。

研究团队采用了一种名为日冕地震学的方法来追踪 UCoMP 数据中的磁流体动力学 (MHD) 横波。通过 MHD 波，他们可以绘制出日冕磁场强度和方向的二维图。

在UCoMP研究期间，该团队在2022年2月至10月期间制作了114张磁场图，几乎每隔一天就制作一张。

杨说：“我们正在进入太阳物理学研究的新时代，我们可以定期测量日冕磁场。”

结合使用 DKIST 和 UCoMP 的测量结果，可以更全面地了解日冕磁场。

了解情况

这种研究方法还首次测量了太阳极地区域的日冕磁场。这些极地区域从未被直接观测过，因为太阳在极地附近的曲线使我们无法从地球上看到它们。

虽然该团队没有直接观察太阳两极，但他们首次测量了两极发出的磁场。UCoMP 提供的改进数据质量和接近太阳活动最大值的太阳帮助他们获得了这种前所未有的测量结果。极地区域通常较弱的辐射要强得多，这使得在极地区域获得日冕磁场结果变得更加容易。

[相关：美国宇航局捕捉到罕见的四重太阳耀斑事件。]

研究小组将继续研究磁场，即捕捉磁场的三维空间。获得三维视图对于了解日冕在太阳爆发前如何被激发尤为重要。

吉布森说：“这是我们第一次看到全球日冕磁场，但它仍然有点像 3D 事物的 2D 版本。”

最终，需要大型望远镜和全球视野的结合来测量太阳爆发背后的所有三维扭曲。拟议中的日冕太阳磁观测站 (COSMO) 是一台直径近 5 英尺的太阳折射望远镜，目前正在进行最后的设计研究。