我科學家找到破解日冕磁場測量難題新途徑

從北京大學獲悉，北大地球與空間科學學院教授、中國科學院太陽活動重點實驗室主任田暉等人在日冕磁場測量方面取得重要進展，首次測量到太陽日冕磁場的全球性分佈，為日冕磁場測量這一世紀難題的解決提供了一個新的有效途徑，從而向實現日冕磁場常規測量的最終目標邁進了一大步。兩篇相關論文近日分別發表在《科學》和《中國科學：技術科學》上。

“磁場對於太陽具有極其重要的意義，然而迄今為止，我們對太陽磁場的常規測量僅侷限在光球層。”田暉介紹，光球之上的太陽大氣，尤其是最外層的日冕，其中的磁場仍難以測量，這也極大制約了太陽物理學科的發展。對此，太陽物理學者通常只能在一些假設下，通過模型重構日冕磁場。但這些模型假設對於日冕中的有些區域不一定成立，而且不同模型重構得到的磁場結構經常不一樣。另一方面，他們也一直在尋找其他能夠用來測量日冕磁場的方法，如射電觀測方法、磁震學方法等。其中磁震學方法是基於日冕波動的觀測來推斷磁場的信息。過去，該方法主要用於日冕局部區域中的一些偶發的波動現象，對我們理解日冕磁場作用有限。

田暉告訴記者，要打破這個瓶頸，對更大區域內的磁場及其演化進行測量，需要將磁震學方法應用到更加普遍的波動現象上。2007年，利用美國國家大氣研究中心下屬高山天文台的日冕多通道偏振儀（CoMP），人們發現日冕中幾乎處處都存在傳播磁流體橫波。

CoMP是一台具有成像光譜觀測能力和偏振測量能力的地面日冕儀。其望遠鏡口徑為20cm，可用Fe 1074.7nm和1079.8nm兩條近紅外譜線對日冕進行觀測，觀測視場約為1.05到1.35個太陽半徑。田暉團隊與CoMP團隊合作，提出基於日冕中普遍存在的磁流體橫波來測量日冕磁場的新思路。他們將過去侷限於部分區域的波動追蹤方法拓展到整個視場範圍，從而獲得這些波動傳播速度的全球性分佈。之後，他們利用1074.7nm和1079.8nm譜線輻射強度之比對密度敏感的特性，得到了日冕等離子體密度的全球性分佈。最終，在波動追蹤和密度診斷的基礎上，他們首次基於日冕觀測獲得了日冕磁場的全球性分佈。

這一研究成果實現了用磁震學方法測量日冕磁場從點、線到面的飛躍，填補了太陽磁場測量的空缺。