研究人员首次对太阳的全球日冕磁场进行了近乎每天的观察，这是之前仅间歇性记录的太阳区域。这些新发现为强太阳风暴背后的机制提供了启示，这些风暴可能会干扰重点技术，影响我们在地球上的日常生活。
对使用一种称为升级日冕多通道偏振仪（UCoMP）的工具收集的数据进行了为期八个月的分析，结果刚刚在《科学》杂志上发布。
太阳磁场是太阳风暴的主要因素，这些风暴可能威胁从电网到通信系统以及像GPS这样的卫星技术。然而，理解这种磁场如何积累能量并随后爆发，一直受限于观察太阳日冕（太阳上层大气）中的困难。
传统的测量这个磁区域的偏振测量方法往往需要大型、昂贵的设备，直到现在只能够评估日冕的有限区域。通过将日冕地震学与UCoMP数据结合，研究人员可以创建对整个太阳日冕的磁场的一致和全面的表征——在日食期间观察到的全景视图。
“日冕磁场的全球绘制一直是太阳研究中的一个重大空白，”该研究的首席作者杨子豪表示，他在中国北京大学攻读博士学位期间进行了这项研究，目前是国家科学基金会国家大气研究中心（NSF NCAR）的博士后研究员。“这项研究对增强我们对日冕磁场的理解至关重要，这些磁场是影响地球的风暴背后的能量来源。”
国际团队由来自英国诺森比亚大学、NSF NCAR、中国北京大学和密歇根大学的研究人员组成。这项研究的资助来自中国国家自然科学基金和中国国家重点研发计划，由NSF NCAR授予杨的纽基克研究生奖学金提供支持。UCoMP仪器是在美国国家科学基金会（NSF）的帮助下开发的，目前由NSF NCAR在莫纳罗亚太阳观测站操作。
增强的仪器
虽然科学家们已经常规测量太阳表面的磁场，即光球层，但捕获较为微弱的日冕磁场一直是一个长期挑战。这阻碍了对日冕中太阳风暴形成的磁场三维结构和演变的深入理解。
为了彻底研究三维日冕磁场，需要大型望远镜，如NSF的丹尼尔·K·井上太阳望远镜（DKIST）。DKIST是世界上最大的太阳望远镜，具有4米直径的光圈，最近展示了其详细观察日冕磁场的突破性能力。然而，DKIST无法一次性捕捉整个太阳。较小的UCoMP仪器实际上更适合于为科学家提供日冕磁场的全球描绘，尽管分辨率较低，并且是二维投影。因此，两个仪器的观察是高度互补的，提供了日冕磁场的更全面视角。
UCoMP主要充当一个日冕仪，使用一个圆盘来阻挡阳光，类似于日食，使观察日冕变得更容易。它还集成了斯托克斯偏振仪，可以捕获额外的光谱数据，如日冕线强度和多普勒速度。尽管其光圈较小（20厘米），UCoMP可以进行更广泛的观察，使其能够在大多数日子里研究整个太阳。
研究人员采用了一种称为日冕地震学的方法来追踪UCoMP数据中的磁流体动力学（MHD）横波。这些MHD波为构建描绘日冕磁场强度和方向的二维地图提供了重要信息。
2020年的一项前期研究利用了UCoMP的前身和日冕地震学方法，创建了首个日冕磁场的全球地图。这是定期日冕磁场测量的重要进展。UCoMP的先进能力现在允许进行更详细的常规评估。在这项研究中，研究团队在2022年2月至10月期间共制作了114幅磁场地图，平均几乎每隔一天一张。
“我们正进入太阳物理研究中的一个突破性时代，日冕磁场的常规测量成为可能，”杨指出。
增强我们的理解
最近的观察还获得了太阳极地区日冕磁场的首次测量。直接观察太阳极地区一直较为困难，因为极地区的曲率使其无法在地球的直接视线范围内。尽管研究人员没有直接观察到极点，但他们首次成功测量了来自极点的磁发射，这在一定程度上得益于UCoMP数据质量的提升和太阳接近其太阳最大值。极地区的发射通常较为微弱，但在此次研究中显示出明显增强，促进了这些区域日冕磁场结果的获取。
作为NSF NCAR的博士后，杨将继续研究太阳的磁场；他旨在完善依赖光球测量的现有日冕模型。由于当前与UCoMP一起使用的方法仅限于二维，因此仍未能涵盖完整的三维磁场。杨和他的同事们期待将他们的研究与其他技术相结合，以获得对日冕中整体磁场向量的更全面理解。
理解磁场的第三维度，即沿观察者视线方向的取向，对于理解太阳喷发前日冕如何被激发至关重要。最终，捕捉太阳现象如喷发背后的所有三维复杂性需要大型望远镜和全面的全球视角；这推动了开发提议的日冕太阳磁力观测站（COSMO）的动力，这是一个直径1.5米的太阳折射望远镜，目前正在进行最终设计研究。
“考虑到日冕磁场是将质量从太阳推进到太阳系的力量，我们必须在三维中观察它，同时覆盖整个日冕，”COSMO开发负责人和该论文的共同作者莎拉·吉布森表示。“杨的研究标志着我们理解太阳全球日冕磁场日常演变能力的重大进展。这种理解对增强我们对太阳风暴的预测和准备至关重要，这些风暴日益威胁到我们在地球上依赖技术的社会。”
