科技日报实习记者 代小佩
北京大学地球与空间科学学院教授田晖和该院研究生杨子浩等首次测量得到太阳日冕磁场的全球性分布，为解决日冕磁场测量这一世纪难题提供了新的有效途径，向实现日冕磁场常规测量的最终目标迈进一大步。相关研究成果分别于8月6日和8月7日发表在《中国科学:技术科学》和《科学》上，论文主要完成单位为北京大学、中国科学院太阳活动重点实验室（国家天文台）等。
根据模型计算得到的太阳三维磁场结构。不同颜色的线代表磁力线，中间为光球磁场在视线方向上的分量分布图(Yang et al. 2020, Sci China Tech Sci)。（杨子浩供图）
100多年来，对太阳磁场的常规测量仍仅局限在光球层。光球之上的太阳大气，尤其是日冕中的磁场则难以测量，这是因为日冕磁场比光球磁场弱得多。而太阳大气各层次中的磁场是一个整体，磁场将各层大气耦合在一起，导致太阳最重要的物理过程大多跟磁场的三维结构及其演化有关。因此，日冕磁场测量的瓶颈极大制约了太阳物理研究的发展。
通常，太阳物理学者只能在一些假设条件下，利用模型重构出日冕磁场位形，用于研究太阳大气动力学和太阳爆发等物理过程。但这些模型假设对日冕中的有些区域未必成立，而且不同模型重构得到的磁场结构常常不同。
为此，太阳物理学者在不断寻找其他测量日冕磁场的方法，然而都存在局限。比如磁震学（冕震学）方法，其原理是根据一些日冕结构中偶尔发生的震荡或波动现象的观测，结合波动理论，推算出日冕中的磁场信息。由于这些震荡现象通常只是发生在日冕中很小的区域内，并且震荡经过几个周期后就衰减消亡，这种方法一般只能给出震荡结构的平均磁场强度，在少数情况下也只能给出磁场强度沿着某条线的一维分布，对增进对日冕磁场的认识作用非常有限。要测量更大区域内的磁场及其演化，需要将磁震学方法应用到更加普遍的波动现象上。
利用新一代地基和空间太阳望远镜，确实发现日冕中几乎处处存在传播的磁流体横波。这些波动最早由美国国家大气研究中心下属高山天文台通过日冕多通道偏振仪（CoMP）的光谱观测发现。
CoMP观测的日冕磁场强度分布图叠加在SDO卫星拍摄的日冕图像上(Yang et al. 2020, Science)。（杨子浩供图）
CoMP是一台具有成像光谱观测能力和偏振测量能力的地面日冕仪。田晖课题组与CoMP团队在长达10年的合作中，一直尝试将磁震学方法应用于研究CoMP观测到的普遍性波动。他们首先将过去局限于部分区域的波动追踪方法拓展到整个视场范围，从而获得这些波动传播速度的全球性分布。之后，利用Fe XIII 1074.7 nm和1079.8 nm这两条红外谱线的辐射强度之比对密度敏感的特性，得到了日冕等离子体密度的全球性分布。最后，在波动追踪和密度诊断的基础上，首次基于日冕观测获得日冕磁场的全球性分布。
该研究成果填补了太阳全球性磁场测量的空缺，未来有望实现全球性日冕磁场的常规测量，从而推动太阳周期、日冕加热、太阳爆发及空间天气预报等重大课题的研究。
