太陽觀測新時代：國際團隊製作全球日冕磁場地圖

科學家們首次對太陽的全球日冕磁場進行了幾乎每天的測量，這是過去僅對太陽區域進行不規則觀測的區域。由此產生的觀測結果為推動強烈太陽風暴的過程提供了寶貴的見解，而太陽風暴影響了地球上的基礎技術，從而影響了生命和生計。

一個數據分析，由升級型冠狀多通道旋光儀 (UCoMP) 的儀器在八個月的時間裡收集，已發表在科學。

這是太陽風暴的主要驅動因素，它可能對電網、通訊系統和 GPS 等太空技術構成威脅。然而，我們理解磁場如何積聚能量並爆發的能力受到了在磁場中觀察磁場的挑戰的限制。，太陽的高層大氣。

透過標準極化方法測量該區域的磁性通常需要大型、昂貴的設備，迄今為止這些設備只能研究日冕的一小部分。

然而，日冕地震學和 UCoMP 觀測的結合使研究人員能夠對全球日冕的磁場產生一致和全面的視圖——人們在一天中看到的整個太陽視圖。。

「日冕磁場的全球測繪一直是太陽研究中一個很大的缺失部分，」作為博士生從事這項研究的主要作者楊子豪說。畢業於中國北京大學，現為美國國家科學基金會國家大氣研究中心（NSF NCAR）博士後。

“這項研究正在幫助我們填補對日冕磁場理解的關鍵空白，日冕磁場是影響地球的風暴的能量來源。”

國際團隊由英國諾桑比亞大學的研究人員組成；美國國家科學基金會 NCAR；北京大學，中國；和密西根大學。 UCoMP 儀器由 NSF NCAR 在洛亞山太陽觀測站。

升級儀器

儘管科學家們已經能夠常規地測量太陽表面（即光球層）的磁場，但測量暗得多的日冕磁場長期以來一直很困難。這限制了對太陽風暴醞釀的日冕的三維結構和磁場演化的更深入了解。

為了深度測量三維日冕磁場，需要使用 NSF 等大型望遠鏡丹尼爾井上太陽望遠鏡需要（DKIST）。 DKIST 擁有 4 公尺直徑的口徑，是世界上最大的太陽望遠鏡，最近展示了其開創性的觀測能力。

然而，DKIST 無法一次繪製出所有太陽圖。較小的 UCoMP 儀器實際上更適合為科學家提供日冕磁場的全球影像，儘管解析度較低且採用二維投影。因此，這兩個來源的觀測結果與日冕磁場的整體視圖高度互補。

UCoMP主要是日冕儀，這是一種使用圓盤阻擋太陽光的儀器，類似於日食，從而更容易觀察日冕。它還結合了斯托克斯旋光計，可對日冕線強度和多普勒速度等其他光譜資訊進行成像。

儘管 UCoMP 的孔徑要小得多（20 公分），但它能夠獲得更廣闊的視野，這使得在大多數日子裡研究整個太陽成為可能。

研究人員應用一種稱為日冕地震學的方法來追蹤 UCoMP 數據中的磁流體動力學 (MHD) 橫波。 MHD 波為他們提供了訊息，使他們能夠創建日冕磁場強度和方向的二維圖。

2020年，先前的一項研究使用UCoMP的前身和日冕地震學方法繪製了第一張全球日冕磁場圖。這是常規日冕磁場測量的關鍵一步。 UCoMP 具有擴展的功能，可進行更詳細的常規測量。

在 UCoMP 研究期間，研究團隊在 2022 年 2 月至 10 月期間製作了 114 張磁場圖，或幾乎每隔一天製作一張。

楊說：“我們正在進入太陽物理研究的新時代，我們可以定期測量日冕磁場。”

完成圖片

這些觀測也首次測量了極地地區的日冕磁場。太陽的兩極從未被直接觀測到，因為太陽兩極附近的曲線使其超出了我們從地球上的視野範圍。

儘管研究人員沒有直接觀察兩極，但他們第一次能夠測量它們發出的磁性。這部分是由於 UCoMP 提供的數據品質有所提高，而且太陽接近太陽活動極大期。來自極地的通常較弱的發射要強得多，使得更容易獲得極地的日冕磁場結果。

作為NSF NCAR的博士後研究員，楊將繼續他對太陽磁場的研究；他希望改進現有的基於光球層測量的日冕模型。由於 UCoMP 目前使用的方法僅限於二維，因此它仍然無法捕獲完整的三維磁場。

楊和他的同事希望將他們的研究與其他技術結合起來，以更深入地了解日冕磁場的全向量。

沿著觀察者視線定向的磁場的第三維度對於理解日冕如何被激發導致太陽爆發特別重要。

最終，需要將大型望遠鏡和全球視野相結合來測量太陽噴發等現象背後的所有三維扭曲和纏結；這就是提議背後的動機日冕太陽磁觀測站（COSMO），一架直徑1.5公尺的太陽折射望遠鏡正在進行最終設計研究。

COSMO 開發負責人兼 NSF NCAR 成員 Sarah Gibson 表示：「由於日冕磁力是將太陽的質量發送到整個太陽系的力量，因此我們必須在整個全球日冕中同時以 3D 方式觀察它。」論文的科學家合著者。

「楊的工作代表著我們在了解太陽全球日冕磁場如何每天變化的能力方面向前邁出了一大步。這對於我們更好地預測和準備太陽風暴的能力至關重要，太陽風暴對我們的威脅日益增加地球上的生活越來越依賴科技。