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如果我們在日全食期間觀察太陽，會發(fā)現(xiàn)太陽周圍有一圈暈狀結(jié)構(gòu)，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(xù)演化的“大片”，第一次清晰展示了日冕磁場在數(shù)月的時間里如何變化，相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《科學》上。

太陽的結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部和大氣。太陽大氣從內(nèi)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(fā)生的很多現(xiàn)象，如壯觀的太陽爆發(fā)，都源于日冕磁場中儲存能量的釋放。這些太陽爆發(fā)現(xiàn)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(shù)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(zhàn)。近年來，隨著技術(shù)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(yīng)”實現(xiàn)。塞曼效應(yīng)是一種物理現(xiàn)象，這種效應(yīng)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(yīng)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，利用位于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(yīng)信號，并繪制出一個小范圍內(nèi)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?qū)μ柹喜糠謪^(qū)域（如耀斑發(fā)生的區(qū)域）進行較為準確的日冕磁場診斷，從而監(jiān)測這些區(qū)域的磁場變化。

利用以上方法得到的往往只是一個很小區(qū)域內(nèi)的磁場信息，并且是零星觀測。對于太陽物理研究來說，獲得日冕全局性磁場并對其進行常規(guī)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(nèi)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(nèi)的日冕物理性質(zhì)，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(lǐng)銜的一支科研團隊發(fā)展了二維冕震方法，并將其成功應(yīng)用到日冕多通道偏振儀所觀測的普遍性波動中。以前的冕震方法只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(xiàn)了基于冕震方法測量日冕磁場從“點”“線”到“面”的飛躍，為實現(xiàn)日冕磁場的常規(guī)監(jiān)測奠定了基礎(chǔ)。

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(lǐng)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(xiàn)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(wěn)定的觀測并獲得質(zhì)量更高的觀測數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)，并結(jié)合進一步優(yōu)化的二維冕震方法，團隊不僅得到了114幅覆蓋太陽不同經(jīng)緯度的日冕磁場圖，還展示了日冕磁場隨太陽自轉(zhuǎn)的變化，在國際上率先初步實現(xiàn)了日冕磁場的常態(tài)化觀測，為理解太陽磁場的演化及其對日球?qū)涌臻g環(huán)境的影響提供了寶貴數(shù)據(jù)。

從過去幾乎沒有測量結(jié)果，到偶爾能夠測量，再到初步實現(xiàn)常態(tài)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(fā)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(tài)化獲取更加詳盡、準確的日冕三維磁場信息。這不僅有助于揭示高溫日冕產(chǎn)生的機制和日球?qū)哟艌鼋Y(jié)構(gòu)，還將在太陽爆發(fā)的預報中發(fā)揮關(guān)鍵作用，幫助人們更好應(yīng)對太陽活動對地球空間環(huán)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）