如果我們在日全食期間觀察太陽，會發現太陽周圍有一圈暈狀結構，這是太陽大氣最外層的日冕，其中的磁場長久以來難以測量。近日，北京大學太陽物理研究團隊歷時8個月，繪制出114幅日冕磁場分布圖，就像為日冕拍攝了一部持續演化的“大片”，第一次清晰展示了日冕磁場在數月的時間裡如何變化，相關成果發表在國際期刊《科學》上。

　　太陽的結構包括內部和大氣。太陽大氣從內到外分為光球、色球和日冕幾個層次。日冕是太陽大氣溫度最高部分，達到百萬攝氏度﹔雖然它很稀薄，卻具有復雜磁場。太陽上發生的很多現象，如壯觀的太陽爆發，都源於日冕磁場中儲存能量的釋放。這些太陽爆發現象不僅為地球帶來美麗極光，同時也會威脅人類航天和導航通信等高技術活動。因此，對日冕磁場的測量一直是太陽物理重要的研究方向，也是一項重大挑戰。近年來，隨著技術進步和新型儀器投入使用，科學家正逐步揭開日冕磁場的神秘面紗。

　　太陽磁場的測量最早通過“塞曼效應”實現。塞曼效應是一種物理現象，這種效應使一條譜線在磁場中分裂成多條波長不同的譜線，通過測量波長差距就可以獲得磁場的信息。長期以來，科學家通過這種方法對太陽光球的磁場進行了深入研究。然而，日冕磁場較弱，相應的波長差距很小，要測量它需要靈敏度和精度很高的儀器。不久前，利用位於美國夏威夷的丹尼爾·井上太陽望遠鏡，科學家成功捕捉到日冕中微弱的塞曼效應信號，並繪制出一個小范圍內的日冕磁場分布圖。此外，射電觀測也是獲取日冕磁場信息的重要手段。借助地面射電望遠鏡陣列觀測，科學家能夠對太陽上部分區域（如耀斑發生的區域）進行較為准確的日冕磁場診斷，從而監測這些區域的磁場變化。

　　利用以上方法得到的往往只是一個很小區域內的磁場信息，並且是零星觀測。對於太陽物理研究來說，獲得日冕全局性磁場並對其進行常規測量非常重要。日冕中存在很多波動，如同借助地震波能夠獲得地球內部的信息，通過分析日冕中的波動，人們也能得到包括磁場在內的日冕物理性質，這種方法被稱為“冕震方法”。

　　2020年，由北京大學和美國國家大氣研究中心領銜的一支科研團隊發展了二維冕震方法，並將其成功應用到日冕多通道偏振儀所觀測的普遍性波動中。以前的冕震方法隻能獲得磁場的一個值或者一條線上的分布，新的二維冕震方法能夠獲得磁場在一個面上的分布。利用這一方法，該團隊首次繪制出日冕全局性磁場的二維分布圖，實現了基於冕震方法測量日冕磁場從“點”“線”到“面”的飛躍，為實現日冕磁場的常規監測奠定了基礎。

　　近日，北京大學太陽物理研究團隊在日冕磁場測量方面再次取得重要突破。該團隊領銜的國際合作研究小組利用升級版的日冕多通道偏振儀，實現為期8個月的日冕磁場演化觀測。升級后的儀器有更高的分辨率、能進行更穩定的觀測並獲得質量更高的觀測數據。利用這些數據，並結合進一步優化的二維冕震方法，團隊不僅得到了114幅覆蓋太陽不同經緯度的日冕磁場圖，還展示了日冕磁場隨太陽自轉的變化，在國際上率先初步實現了日冕磁場的常態化觀測，為理解太陽磁場的演化及其對日球層空間環境的影響提供了寶貴數據。

　　從過去幾乎沒有測量結果，到偶爾能夠測量，再到初步實現常態化測量，對日冕磁場的測量進展為太陽物理學帶來前所未有的發展機遇。隨著全球新一代太陽望遠鏡投入使用，日冕磁場測量正邁入一個全新時代。未來，人們將常態化獲取更加詳盡、准確的日冕三維磁場信息。這不僅有助於揭示高溫日冕產生的機制和日球層磁場結構，還將在太陽爆發的預報中發揮關鍵作用，幫助人們更好應對太陽活動對地球空間環境和人類社會的影響。

　　（作者單位：北京大學地球與空間科學學院）

　　《 人民日報 》（ 2024年10月30日 15 版）

關注公眾號：人民網財經

分享讓更多人看到