太阳观测新时代：国际团队制作全球日冕磁场地图

科学家们首次对太阳的全球日冕磁场进行了几乎每天的测量，这是过去仅对太阳区域进行不规则观测的区域。由此产生的观测结果为推动强烈太阳风暴的过程提供了宝贵的见解，而太阳风暴影响了地球上的基础技术，从而影响了生命和生计。

一个数据分析，由升级型冠状多通道旋光仪 (UCoMP) 的仪器在八个月的时间里收集，已发表在科学。

这是太阳风暴的主要驱动因素，它可能对电网、通信系统和 GPS 等太空技术构成威胁。然而，我们理解磁场如何积聚能量并爆发的能力受到了在磁场中观察磁场的挑战的限制。，太阳的高层大气。

通过标准极化方法测量该区域的磁性通常需要大型、昂贵的设备，迄今为止这些设备只能研究日冕的一小部分。

然而，日冕地震学和 UCoMP 观测的结合使用使得研究人员能够对全球日冕的磁场产生一致和全面的视图——人们在一天中看到的全太阳视图。。

“日冕磁场的全球测绘一直是太阳研究中一个很大的缺失部分，”作为博士生从事这项研究的主要作者杨子豪说。毕业于中国北京大学，现为美国国家科学基金会国家大气研究中心（NSF NCAR）博士后。

“这项研究正在帮助我们填补对日冕磁场理解的一个关键空白，日冕磁场是影响地球的风暴的能量来源。”

国际团队由来自英国诺桑比亚大学的研究人员组成；美国国家科学基金会 NCAR；北京大学，中国；和密歇根大学。 UCoMP 仪器由 NSF NCAR 在洛亚山太阳观测站。

升级仪器

尽管科学家们已经能够常规地测量太阳表面（即光球层）的磁场，但测量暗得多的日冕磁场长期以来一直很困难。这限制了对太阳风暴酝酿的日冕的三维结构和磁场演化的更深入了解。

为了深度测量三维日冕磁场，需要使用 NSF 等大型望远镜丹尼尔·井上太阳望远镜需要（DKIST）。 DKIST 拥有 4 米直径的口径，是世界上最大的太阳望远镜，最近展示了其开创性的观测能力。

然而，DKIST 无法一次性绘制出所有太阳图。较小的 UCoMP 仪器实际上更适合为科学家提供日冕磁场的全球图像，尽管分辨率较低且采用二维投影。因此，这两个来源的观测结果与日冕磁场的整体视图高度互补。

UCoMP主要是日冕仪，这是一种使用圆盘阻挡太阳光的仪器，类似于日食，从而更容易观察日冕。它还结合了斯托克斯旋光计，可对日冕线强度和多普勒速度等其他光谱信息进行成像。

尽管 UCoMP 的孔径要小得多（20 厘米），但它能够获得更广阔的视野，这使得在大多数日子里研究整个太阳成为可能。

研究人员应用一种称为日冕地震学的方法来跟踪 UCoMP 数据中的磁流体动力学 (MHD) 横波。 MHD 波为他们提供了信息，使他们能够创建日冕磁场强度和方向的二维图。

2020年，之前的一项研究使用UCoMP的前身和日冕地震学方法绘制了第一张全球日冕磁场图。这是常规日冕磁场测量的关键一步。 UCoMP 具有扩展的功能，可以进行更详细的常规测量。

在 UCoMP 研究期间，研究团队在 2022 年 2 月至 10 月期间制作了 114 张磁场图，或者几乎每隔一天制作一张。

杨说：“我们正在进入太阳物理研究的新时代，我们可以定期测量日冕磁场。”

完成图片

这些观测还首次测量了极地地区的日冕磁场。太阳的两极从未被直接观测到，因为太阳两极附近的曲线使其超出了我们从地球上的视野范围。

尽管研究人员没有直接观察两极，但他们第一次能够测量它们发出的磁性。这部分是由于 UCoMP 提供的数据质量有所提高，而且太阳接近太阳活动极大期。来自极地的通常较弱的发射要强得多，使得更容易获得极地的日冕磁场结果。

作为NSF NCAR的博士后研究员，杨将继续他对太阳磁场的研究；他希望改进现有的基于光球层测量的日冕模型。由于 UCoMP 当前使用的方法仅限于二维，因此它仍然无法捕获完整的三维磁场。

杨和他的同事希望将他们的研究与其他技术结合起来，以更深入地了解日冕磁场的全矢量。

沿着观察者视线定向的磁场的第三维对于理解日冕如何被激发导致太阳爆发特别重要。

最终，需要将大型望远镜和全球视野相结合来测量太阳喷发等现象背后的所有三维扭曲和缠结；这就是提议背后的动机日冕太阳磁观测站（COSMO），一架直径1.5米的太阳折射望远镜正在进行最终设计研究。

COSMO 开发负责人兼 NSF NCAR 成员 Sarah Gibson 表示：“由于日冕磁力是一种将太阳质量送入太阳系的力量，因此我们必须以 3D 方式对其进行观察，并且同时在整个全球日冕中进行全方位观察。”该论文的科学家合著者。

“杨的工作代表着我们在了解太阳全球日冕磁场如何每天变化的能力方面向前迈出了一大步。这对于我们更好地预测和准备太阳风暴的能力至关重要，太阳风暴对我们的威胁日益增加地球上的生活越来越依赖技术。”