科学家已经开发出一种几乎每天测量太阳全球日冕磁场的方法，这对于了解影响地球的太阳风暴至关重要。

这一突破使用了升级的日冕多通道极化计，通过提供太阳日冕中发生的磁活动的全面视图，增强了我们预测这些风暴的能力。

对太阳磁场的开创性观测

科学家们第一次对太阳的全球日冕磁场进行了近乎每日的测量，这是一个以前只偶尔观察到的区域。这些观测为了解强烈太阳风暴背后的过程提供了至关重要的见解，这些风暴影响到关键技术，从而影响到地球上的生命和生计。

10月3日出版的《科学》杂志详细介绍了一项数据分析，该数据是由一种名为“升级日冕多通道偏振仪”（UCoMP）的仪器在8个多月的时间里收集的。

太阳磁场是太阳风暴的主要驱动力，它会对电网、通信系统和GPS等太空技术构成威胁。然而，我们了解磁场如何积聚能量和爆发的能力，受到了在太阳日冕（太阳的上层大气）中观察磁场的挑战的限制。

太阳磁场测量研究进展

通过标准的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，使研究人员有可能对全球日冕的磁场产生一致和全面的看法 —— 日食期间看到的整个太阳视图。

“日冕磁场的全球测绘一直是太阳研究中缺失的一个重要部分，”主要作者杨子豪（音译）说，他是中国北京大学的博士研究生，现在是美国国家科学基金会国家大气研究中心（NSF NCAR）的博士后。“这项研究帮助我们填补了对日冕磁场的理解上的一个关键空白，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森比亚大学的研究人员组成，包括NSF NCAR、北京大学和密歇根大学。本研究由中国国家自然科学基金和中国国家重点研发计划资助，并由美国国家科学基金会NCAR授予杨的纽柯克研究生奖学金资助。UCoMP仪器是在美国国家科学基金会（NSF）的支持下开发的，由位于莫纳罗亚太阳天文台的NSF NCAR操作。

UCoMP仪器的增强功能

尽管科学家们已经能够定期测量太阳表面的磁场，即所谓的光球层，但长期以来，测量更为暗淡的日冕磁场一直很困难。这限制了对日冕磁场三维结构和演化的深入了解，日冕是太阳风暴的温床。

为了深入测量三维日冕磁场，需要像美国国家科学基金会的Daniel K. Inouye太阳望远镜（DKIST）这样的大型望远镜。DKIST的直径为4米，是世界上最大的太阳望远镜，最近展示了其对日冕磁场进行详细观测的突破性能力。然而，DKIST不能一次绘制出太阳的全部地图。较小的UCoMP仪器实际上更适合为科学家提供日冕磁场的全局图像，尽管分辨率较低，而且是二维投影。因此，这两个来源的观测结果与日冕磁场的整体观点高度互补。

UCoMP主要是一种日冕仪，一种使用圆盘遮挡太阳光线的仪器，类似于日食，使其更容易观察日冕。它还结合了一个斯托克斯偏振计，它可以成像其他光谱信息，如日冕线强度和多普勒速度。尽管UCoMP有一个小得多的光圈（20厘米），但它能够拍摄更宽的视野，这使得在大多数日子里研究整个太阳成为可能。

研究人员应用了一种叫做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，使他们有可能绘制出日冕磁场强度和方向的二维地图。

2020年，之前的一项研究使用了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扩展了功能，可以进行更详细的常规测量。在UCoMP研究期间，研究小组在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。

研究人员表示：“我们正在进入一个太阳物理研究的新时代，我们可以定期测量日冕磁场。”

新的见解和未来的方向

这些观测还产生了对极地地区日冕磁场的首次测量。太阳的两极从来没有被直接观察到过，因为太阳在两极附近的曲线使它刚好超出了我们从地球上的视线。虽然研究人员没有直接观察到磁极，但他们第一次能够测量磁极发出的磁性。这部分是由于UCoMP提供的数据质量有所提高，而且太阳正处于太阳活动极大期。极区典型的弱辐射要强得多，这使得在极区更容易获得日冕磁场的结果。

作为NSF NCAR的博士后，杨子豪将继续他对太阳磁场的研究；他希望改进现有的基于光球测量的日冕模型。由于目前UCoMP使用的方法仅限于二维，它仍然无法捕获完整的三维磁场。杨子豪和他的同事们希望将他们的研究与其他技术相结合，以更深入地了解日冕中磁场的全部矢量。

磁场的第三个维度，沿着观察者的视线方向，对于理解日冕如何被激发导致太阳爆发是特别重要的。最终，需要一个大型望远镜和全球视野的结合来测量太阳爆发等现象背后的所有三维扭曲和缠结；这就是日冕太阳磁场观测站（COSMO）背后的动机，这是一个直径1.5米的太阳折射望远镜，正在进行最后的设计研究。

“由于日冕磁力是将太阳的质量送入太阳系的力量，我们必须在3D中观察它，并且在全球日冕的任何地方同时观察它，”宇宙发展负责人、美国国家科学基金会NCAR科学家萨拉吉布森说。“杨的工作代表了我们理解太阳全球日冕磁场如何每天变化的能力向前迈出了一大步。这对我们更好地预测和准备太阳风暴的能力至关重要，太阳风暴对我们在地球上越来越依赖技术的生活来说是一个越来越大的危险。”

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