我科學(xué)家領(lǐng)銜首次初步實(shí)現(xiàn)日冕磁場(chǎng)常規(guī)測(cè)量

 日冕作為太陽(yáng)最外層大氣，其磁場(chǎng)是日冕加熱和空間天氣災(zāi)害最主要的能量來(lái)源。但由于日冕磁場(chǎng)較微弱，各國(guó)科學(xué)家對(duì)于如何開(kāi)展磁場(chǎng)測(cè)量始終未取得太大突破。北京大學(xué)教授田暉研究團(tuán)隊(duì)及其合作者通過(guò)創(chuàng)新研究方法，在國(guó)際上首次初步實(shí)現(xiàn)了日冕磁場(chǎng)的常規(guī)測(cè)量，揭示了日冕磁場(chǎng)在約8個(gè)月時(shí)間內(nèi)的演化規(guī)律。相關(guān)研究成果《觀測(cè)全局性日冕磁場(chǎng)在8個(gè)月內(nèi)的演化》4日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

“日冕磁場(chǎng)的演化會(huì)導(dǎo)致耀斑等劇烈的太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)，并向外延伸到太陽(yáng)和各大行星、衛(wèi)星之間的廣袤空間。因此，觀測(cè)日冕磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)及其演化，對(duì)于我們預(yù)測(cè)太陽(yáng)爆發(fā)活動(dòng)及其對(duì)太陽(yáng)系空間環(huán)境的影響、避免或減輕其對(duì)人類(lèi)航天等高科技活動(dòng)造成的危害至關(guān)重要。”田暉告訴記者，盡管科學(xué)家們目前已可對(duì)太陽(yáng)表面的光球磁場(chǎng)進(jìn)行常規(guī)測(cè)量，但由于日冕磁場(chǎng)比較微弱，其測(cè)量長(zhǎng)期未能取得太大的突破。這也限制了人們對(duì)太陽(yáng)大氣三維磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)和演化過(guò)程的深入理解。

2020年，田暉團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種“二維冕震”的新方法，并由此首次測(cè)得日冕磁場(chǎng)的全局性分布，這向?qū)崿F(xiàn)日冕磁場(chǎng)常規(guī)測(cè)量的目標(biāo)邁出了關(guān)鍵一步。田暉團(tuán)隊(duì)近期進(jìn)一步改進(jìn)了這一研究方法，使其能夠更準(zhǔn)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(cè)定磁場(chǎng)的強(qiáng)度和方向。他們將該方法應(yīng)用到升級(jí)版日冕多通道偏振儀（UCoMP）的觀測(cè)數(shù)據(jù)中，首次初步實(shí)現(xiàn)了日冕磁場(chǎng)的常態(tài)化觀測(cè)。在2022年2月至10月期間，團(tuán)隊(duì)獲得了114幅日冕磁場(chǎng)圖，基本實(shí)現(xiàn)了每?jī)商煲淮蔚臏y(cè)量頻率。

“我們還首次獲得了日冕中不同高度的磁場(chǎng)強(qiáng)度全球分布圖及其演化發(fā)展規(guī)律，并與當(dāng)前世界上最先進(jìn)的、由美國(guó)預(yù)測(cè)科學(xué)公司開(kāi)發(fā)的全球日冕模型進(jìn)行了比較。結(jié)果顯示，模型在中低緯度區(qū)域的預(yù)測(cè)結(jié)果與觀測(cè)數(shù)據(jù)吻合度較高，但在高緯度和部分活動(dòng)區(qū)存在較大偏差。這些觀測(cè)結(jié)果為改進(jìn)和優(yōu)化日冕模型提供了關(guān)鍵依據(jù)。”團(tuán)隊(duì)成員楊子浩說(shuō)。

該成果標(biāo)志著太陽(yáng)物理研究正逐步邁入日冕磁場(chǎng)常規(guī)測(cè)量的時(shí)代，也為深入研究太陽(yáng)磁場(chǎng)的長(zhǎng)期演化提供了新途徑。“目前，該測(cè)量方法還只能得到日面邊緣之外的日冕磁場(chǎng)，未來(lái)還需結(jié)合其他測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)包括日面在內(nèi)的整個(gè)日冕磁場(chǎng)的完整測(cè)量。”田暉認(rèn)為，這將是太陽(yáng)物理界未來(lái)數(shù)十年的重要研究目標(biāo)。