太阳的日冕是其最外层大气层，是了解太阳活动的关键，包括太阳耀斑和太空天气事件等现象。几十年来，科学家们一直在努力应对测量太阳日冕磁场的挑战，因为该磁场驱动了导致太阳爆发的大部分能量。
现在，北京大学田辉教授的研究团队与国际专家合作，首次对全球日冕磁场进行了常规测量，取得了突破性成果。他们的研究结果发表在杂志上 科学 （第 386 卷，第 6717 期）提供了对八个月内太阳磁活动的新见解。
太阳的磁场负责储存和释放能量，从而加热日冕中的等离子体并引发太阳爆发。这些火山喷发反过来会对太空天气产生重大影响，可能影响卫星运行、GPS 系统，甚至载人航天。然而，由于与太阳表面（光球层）的磁场相比，日冕磁场相对较弱，测量该磁场已被证明是一项重大挑战。
日冕磁场测量的重要性
随着太阳的旋转，磁场会发生变化，定期监测太阳日冕磁场的能力将提高我们对太阳喷发的了解，并有助于保护地球和太空中的高科技系统。
多年来，人们对光球磁场进行了常规测量，但日冕磁场仍然难以捉摸。这种限制阻碍了科学家充分理解三维磁场结构和太阳大气中发生的动态过程的能力。
2020年，田辉团队开发了一种名为“二维日冕激波”的方法，首次测量了日冕磁场的全球分布。这是一个重要的里程碑，标志着朝着常规日冕磁场测量目标迈出了关键一步。
最近，田的团队进一步完善了这种方法，使他们能够更精确地跟踪日冕中的磁流体动力剪切波。这使得诊断日冕密度的分布成为可能，从而确定磁场的强度和方向。
使用升级版日冕多通道旋光仪（UCoMP），研究小组从 2022 年 2 月到 10 月对太阳日冕进行了详细观测。在这八个月的时间里，他们收集了 114 张磁力图或磁场图像，这使他们能够观察到多次太阳自转期间不同高度和纬度的日冕磁场的演变。磁场强度在 1.05 到 1.60 个太阳半径之间测量，变化范围从小于 1 高斯到大约 20 高斯。
通过这些测量，他们能够创建太阳日冕磁场强度的全球地图。这张地图揭示了磁场如何随着时间的推移以及太阳不同区域的演变。
与最先进的全球日冕模型（例如美国Predictive Science公司开发的模型）的预测相比，研究小组发现，他们的观测数据与模型对中低纬度地区的预测非常吻合。然而，他们注意到高纬度地区和太阳活跃区域存在较大差异。
这些发现对于改进当前太阳磁活动模型和了解太阳喷发的动力学至关重要。正如主要作者杨子浩所解释的那样，该团队的观测为完善和优化日冕模型提供了关键基础，这最终可能导致更准确地预测太阳喷发及其对地球空间环境的潜在影响。
这项研究标志着太阳物理学的转变，该领域进入了常规日冕磁场测量的新时代。
在田慧看来，这一成就仅仅是一个开始。虽然他们目前的方法允许测量太阳盘边缘的磁场，但下一个目标是开发能够完整测量整个日冕磁场（包括太阳盘本身）的技术。这将需要集成其他测量方法和工具，但它代表了未来几十年太阳物理学界的一个关键目标。
通过 科学
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