太阳喜欢提醒我们，地球只是一个互联系统的一部分。它的紫外线会灼伤我们的皮肤和眼睛，甚至导致物种灭绝。在日食期间，它的光线可能会完全消失，它还会向我们发射充满等离子体的、扭曲缠绕的太阳耀斑和日冕物质抛射。尽管我们与太阳有着宇宙联系，但关于这颗关键恒星，特别是其磁场，仍有许多科学奥秘有待解开。
“太阳并非处于一个我们不与之相连的宇宙虚空中，”科罗拉多州美国国家大气研究中心（NCAR）国家科学基金会的天体物理学家Sarah Gibson告诉《大众科学》。“极光实际上表明了我们之间的直接联系。我们通过光，最终通过磁场与太阳上的活动相连。”
现在，科学家们首次对太阳的日冕磁场进行了近乎每日的测量。这个关键区域以前仅以不规则的间隔进行观测，而这次新的观测提供了对该太阳区域更动态的视角。通过它，我们可以更多地了解是什么驱动着可能影响地球上基本技术的强烈太阳风暴。研究结果在 10 月 3 日发表于《科学》杂志的一项研究中得到了详细阐述。
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什么是太阳磁场？
太阳磁场是太阳风暴和耀斑的主要驱动力。随着社会对技术的依赖程度越来越高，这种空间天气会对电网、通信系统以及 GPS 和卫星等太空技术构成威胁。
“我们需要了解空间天气。我们需要预测空间天气。我们知识上的巨大鸿沟在于，我们无法测量太阳大气层，也就是日冕的磁场，”Gibson 说，她是这项新研究的合著者。“日食期间你看到的就是那部分。磁场控制着日冕大气的形状，并控制着等离子体，也就是‘物质’的去向。”
测量该区域的磁性通常需要大型、昂贵的设备，这些设备只能研究日冕的一小部分。然而，日冕地震学和新的观测方法的结合，现在使得研究人员能够对全球日冕磁场进行一致且全面的观测。
“日冕磁场的全球测绘一直是太阳研究中一个巨大的缺失部分，”来自中国北京大学、NCAR 的博士后研究员、该研究的合著者Zihao Yang在一份声明中表示。“这项研究正在帮助我们填补对日冕磁场理解中的关键空白，而日冕磁场是可能影响地球的风暴的能量来源。”
两个仪器的故事
科学家们一直能够定期测量太阳表面称为光球层的磁场。测量亮度远不及光球层的日冕磁场一直更加困难，这限制了对日冕磁场三维结构和演化的深入了解。
像美国国家科学基金会的 Daniel K. Inouye 太阳望远镜（DKIST）这样的大型望远镜可以深入测量三维日冕磁场。DKIST 拥有一个直径 13 英尺的巨大孔径，是世界上最大的太阳望远镜。它最近展示了其进行日冕磁场详细观测的能力。然而，DKIST 无法一次性绘制出整个太阳的地图。
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为了尝试获得更全面的测绘，该团队转向了升级型日冕多通道偏振计（UCoMP）。UCoMP 更适合为科学家提供日冕磁场的全局图景，但分辨率较低，是二维投影。
UCoMP 就像日食一样，可以遮挡太阳的一部分。它使用一个称为日冕仪的圆盘，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——约 7 英寸——但它可以获得更广阔的视野，使科学家们能够在大多数日子里研究整个太阳。
该团队应用了一种称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，他们能够创建日冕磁场强度和方向的二维地图。
在 UCoMP 研究期间，该团队在 2022 年 2 月至 10 月之间生成了114 张磁场图，大约每隔一天一张。
“我们正在进入太阳物理学研究的新时代，我们可以常规地测量日冕磁场，”Yang 说。
结合使用 DKIST 和 UCoMP 的测量数据，可以更全面地了解日冕磁场。
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这种研究方法还生成了首次对太阳极区日冕磁场的测量。这些极区从未被直接观测到，因为极区附近的太阳弯曲使其超出了我们从地球的视野。
尽管该团队没有直接看到太阳的两极，但他们首次测量了从极区发出的磁场。UCoMP 提供的改进数据质量以及太阳接近太阳最大值，帮助他们获得了这些前所未有的测量数据。极区通常较弱的辐射已大大增强，这使得更容易获得极区日冕磁场的结果。
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该团队将继续研究磁场，特别是捕捉磁场的第三个维度。获得 3D 视图对于理解日冕在太阳喷发之前是如何被能量化的尤为重要。
Gibson 说：“这是我们第一次看到全球日冕磁场，但它仍然有点像在看一个三维事物的二维版本。”
最终，需要大型望远镜和全球视野的结合，才能测量出太阳喷发背后所有的三维扭曲。目前正在进行最终设计研究的日冕太阳磁场观测台（COSMO），一个直径近五英尺的太阳折射望远镜。
