2017 年 11 月 6 日，两场风暴同时袭击了加勒比海。飓风“艾尔玛”以温暖海域的能量为食，向圣马丁岛、巴巴多斯岛和其他岛屿的居民释放了时速 185 英里的狂风。与此同时，一亿英里之外，第二股过剩的能量撕裂了太阳扭曲的磁场的一部分，导致了一场太阳耀斑，将 X 射线和紫外线抛向地球。在陆地风暴最严重的时候，太阳风暴 使当地紧急频道中断了大约八个小时。
但虽然气象学家早已知道“艾尔玛”的路径，但这场强烈的太阳耀斑——这是本 decade 以来最强大的耀斑——在很大程度上是出乎意料的。研究人员很清楚地球大气层如何与其表面相互作用产生雨、风和雪，但要准确弄清楚我们的本地恒星是如何产生“空间天气”的，仍然是一个巨大的挑战。“在地球上，他们有这个庞大的天气监测站网络，”科罗拉多大学博尔德分校的太阳研究员 Dan Seaton 说。“但在太阳上，我们有一些照片，一些推断，然后还有很多猜测。”
仍在建设中的丹尼尔·井上太阳望远镜 (DKIST) 于周三发布了其首批关于太阳翻滚表面的图像和电影，代表了缩小这一差距的主要努力。它 13 英尺的镜子——比任何其他太阳望远镜宽三倍——已经能够观测到其他仪器无法看到的特征。在不久的将来，这座位于夏威夷哈莱阿卡拉火山上的 耗资 3.44 亿美元的设施，还将测量驱动空间天气的看不见但猛烈的力量——磁场的扭曲和转折。
DKIST 将帮助研究人员“了解磁场是如何表现的，”管理 DKIST 的美国国家太阳天文台的天文学家 Gianna Cauzzi 说。她说，这对于“理解某些配置何时会失效以及为何失效至关重要。这将给你一个提示[表明]可能有事情要发生了。”知道无线电频道更有可能中断，运营商可以安排其他通信方式，或者至少警告其他人他们预计会沉默。
从远处看，太阳可能只是一个不变的黄色球体，但放大后会发现一个沸腾的、旋转的电流和上升的水泡——更像是一个沸腾的水气球而不是闪耀的装饰品。物理学家或多或少地理解恒星的聚变炉如何加热气泡并将它们送往表面破裂，以及稀薄的大气层如何向外流。但是，前者是如何导致后者的呢？Seaton 说，太阳物理学的下一阶段将是把这两种在很大程度上不兼容的图景与描述太阳风和地球磁场的其他模型缝合在一起，形成一个涵盖整个系统的、大型拼凑而成的理论。
而这正是 DKIST 发挥作用的地方。它拥有所需的敏锐视觉，可以捕捉到以前只在计算机模拟中才能暗示的太阳细节。通过其首批镜头，研究人员尚未为科学使用处理这些镜头，望远镜捕捉到了表面上出现的德克萨斯州大小的沸腾区域。没有人确切知道这些冒泡的细胞会是什么样子，但肉眼看来，理论家们似乎大体上是正确的。“我被它们的模型预测的相似程度所震撼，”科罗拉多大学博尔德分校的太阳科学家 Courtney Peck 说，“所以我认为我们正在迈出重要的一步。”
除了巨大的镜子，该仪器还因其独特的设计而获得了额外的动力。所有望远镜都将它们收集到的光聚焦到一个点上以分辨图像，而对于 DKIST 来说，这个点实际上位于镜子本身之外。这种配置使所有支撑光学机械（例如强大的冷却装置）远离镜子，否则它们可能会阻挡和散射入射光。“我们希望它会带来革命性的变化，”Cauzzi 说。
这个策略似乎已经得到了回报。虽然工程建设要到夏天才能正式完工，但周三发布的图像已经达到了这个波长的红光所能达到的最佳分辨率——捕捉到了 18 英里宽的特征。“这是一个了不起的成就，因为这意味着望远镜和所有下游光学器件都按预期工作，”Cauzzi 说。
这种清晰的焦点是解决恒星之谜的关键。模型构建者试图在计算机模拟中重现太阳耀斑等巨大现象的行为，他们渴望 DKIST 承诺提供的精确数据。当他们改变表面上微小、肉眼无法看到的特征时，这些预测会发生剧烈变化，而这些特征目前他们不得不猜测。Seaton 预计，与来自一个 即将推出的欧洲航天器 的新视角相结合，未来的太阳模型将受益于“更少的假设和更多的现实”。
而周三的图像仅仅是开始。到明年完全投入使用时，该望远镜将总共配备五种仪器，能够收集可见光和近红外光谱部分的光线。
至关重要的是，这些仪器还将能够分辨出穿过太阳各个层的不可见磁力线，因为它们的磁场影响会以可识别的方式定向和过滤光线。太阳物理学家尤其热衷于将 DKIST 对准日冕，这是比恒星表面暗 10,000 倍（但却要热得多）的大气层。爆发会穿过日冕进入地球（在那里它们可能导致数天后的电力中断），因此那里的磁场是空间天气难题的关键且仍未被理解的部分。“这是我们目前没有的东西，”Cauzzi 说。
各种天气本质上都是混乱的，就像冬季风暴预报在准确预测降雪量方面仍有困难一样，空间预报员可能永远无法准确预测三年前袭击加勒比海的通信中断太阳耀斑的确切时间和强度。尽管如此，Seaton 认为，更统一的太阳理论将有助于研究人员更好地识别磁场何时已准备好爆发，并且 DKIST 的独特能力将有助于各种太阳物理学的进步。
“每当我们以新颖的方式观察太阳时，我们都会对所看到的东西感到惊讶，”他说。“而正是那些没有人预料到的东西，将带来对该系统实际工作方式的深刻理解的突破。”
