科學家首次實現(xiàn)日冕磁場的常規(guī)測量

日冕作為太陽最外層大氣，其磁場是日冕加熱和空間天氣災害最主要的能量來源。但由于日冕磁場較微弱，各國科學家對于如何開展磁場測量始終未取得太大突破。北京大學教授田暉研究團隊及其合作者通過創(chuàng)新研究方法，在國際上首次初步實現(xiàn)了日冕磁場的常規(guī)測量，揭示了日冕磁場在約8個月時間內(nèi)的演化規(guī)律。相關研究成果《觀測全局性日冕磁場在8個月內(nèi)的演化》4日發(fā)表于國際權威期刊《科學》。

“日冕磁場的演化會導致耀斑等劇烈的太陽爆發(fā)活動，并向外延伸到太陽和各大行星、衛(wèi)星之間的廣袤空間。因此，觀測日冕磁場的結構及其演化，對于我們預測太陽爆發(fā)活動及其對太陽系空間環(huán)境的影響、避免或減輕其對人類航天等高科技活動造成的危害至關重要。”田暉告訴記者，盡管科學家們目前已可對太陽表面的光球磁場進行常規(guī)測量，但由于日冕磁場比較微弱，其測量長期未能取得太大的突破。這也限制了人們對太陽大氣三維磁場結構和演化過程的深入理解。

2020年，田暉團隊發(fā)展了一種“二維冕震”的新方法，并由此首次測得日冕磁場的全局性分布，這向?qū)崿F(xiàn)日冕磁場常規(guī)測量的目標邁出了關鍵一步。田暉團隊近期進一步改進了這一研究方法，使其能夠更準確、高效地追蹤日冕中廣泛存在的磁流體橫波，并診斷出日冕密度分布，從而測定磁場的強度和方向。他們將該方法應用到升級版日冕多通道偏振儀（UCoMP）的觀測數(shù)據(jù)中，首次初步實現(xiàn)了日冕磁場的常態(tài)化觀測。在2022年2月至10月期間，團隊獲得了114幅日冕磁場圖，基本實現(xiàn)了每兩天一次的測量頻率。

“我們還首次獲得了日冕中不同高度的磁場強度全球分布圖及其演化發(fā)展規(guī)律，并與當前世界上最先進的、由美國預測科學公司開發(fā)的全球日冕模型進行了比較。結果顯示，模型在中低緯度區(qū)域的預測結果與觀測數(shù)據(jù)吻合度較高，但在高緯度和部分活動區(qū)存在較大偏差。這些觀測結果為改進和優(yōu)化日冕模型提供了關鍵依據(jù)。”團隊成員楊子浩說。

該成果標志著太陽物理研究正逐步邁入日冕磁場常規(guī)測量的時代，也為深入研究太陽磁場的長期演化提供了新途徑。“目前，該測量方法還只能得到日面邊緣之外的日冕磁場，未來還需結合其他測量方法，實現(xiàn)對包括日面在內(nèi)的整個日冕磁場的完整測量�！碧飼熣J為，這將是太陽物理界未來數(shù)十年的重要研究目標。