未來的空間望遠鏡在監測太陽磁場活動時，隻需一個指甲蓋大小的關鍵元件。美國加州大學聖迭戈分校與英國宇航系統公司合作開發出一種直徑僅6毫米的新型超表面元件，可一次完成太陽磁場測量，無需多次曝光和復雜機械結構，有望簡化太陽觀測設備、降低任務成本。相關成果發表於新一期《科學進展》雜志。

在天文學中，偏振測量非常重要，因為它能揭示太陽磁場的信息。而准確掌握太陽磁場，有助於理解日冕物質拋射等太陽活動。這類劇烈爆發會將大量帶電粒子雲拋向地球，對衛星、電子基礎設施、通信系統和電網造成嚴重威脅。

目前，太陽望遠鏡利用專門的光學元件分析不同方向的偏振，但通常一次只能測量一個方向。為了獲得完整信息，儀器需要在旋轉偏振元件的同時連續拍攝多張圖像，再將它們合成為完整結果。這一過程類似於戴著偏振太陽鏡，從不同角度拍攝多張照片，再將其拼合以獲取全部信息。但在太空環境中，航天器的微小振動就可能導致多次曝光之間發生偏移，影響觀測精度。

新技術的核心是一種名為“超表面偏振光柵”的光學元件。它利用納米尺度結構操控光線，可同時將入射光分離為多個偏振通道，一次曝光便能獲得原本需要多次拍攝才能得到的信息。由於無需旋轉或移動部件，整個系統更加簡單、緊湊。

研究團隊將該超表面集成到定制的望遠鏡部件中，部署於美國新墨西哥州的鄧恩太陽望遠鏡開展測試。實驗中，系統成功同步獲取了太陽黑子的偏振圖像，並測出其中蘊含的磁場信息。團隊將所得結果與美國國家航空航天局（NASA）太陽動力學觀測衛星的數據進行比較，發現兩者高度一致。

團隊表示，這項成果是超表面技術從實驗室概念驗証邁向實際科學應用的重要一步。