中国科学家找到破解日冕磁场测量难题新途径

2020-08-07 光明日报

记者从北京大学获悉,北大地球与空间科学学院教授、中国科学院太阳活动重点实验室主任田晖等人在日冕磁场测量方面取得重要进展,首次测量到太阳日冕磁场的全球性分布,为日冕磁场测量这一世纪难题的解决提供了一个新的有效途径,从而向实现...

  记者从北京大学获悉,北大地球与空间科学学院教授、中国科学院太阳活动重点实验室主任田晖等人在日冕磁场测量方面取得重要进展,首次测量到太阳日冕磁场的全球性分布,为日冕磁场测量这一世纪难题的解决提供了一个新的有效途径,从而向实现日冕磁场常规测量的最终目标迈进了一大步。两篇相关论文近日分别发表在《科学》和《中国科学:技术科学》上。

  “磁场对于太阳具有极其重要的意义,然而迄今为止,我们对太阳磁场的常规测量仅局限在光球层。”田晖介绍,光球之上的太阳大气,尤其是最外层的日冕,其中的磁场仍难以测量,这也极大制约了太阳物理学科的发展。对此,太阳物理学者通常只能在一些假设下,通过模型重构日冕磁场。但这些模型假设对于日冕中的有些区域不一定成立,而且不同模型重构得到的磁场结构经常不一样。另一方面,他们也一直在寻找其他能够用来测量日冕磁场的方法,如射电观测方法、磁震学方法等。其中磁震学方法是基于日冕波动的观测来推断磁场的信息。过去,该方法主要用于日冕局部区域中的一些偶发的波动现象,对我们理解日冕磁场作用有限。

  田晖告诉记者,要打破这个瓶颈,对更大区域内的磁场及其演化进行测量,需要将磁震学方法应用到更加普遍的波动现象上。2007年,利用美国国家大气研究中心下属高山天文台的日冕多通道偏振仪(CoMP),人们发现日冕中几乎处处都存在传播磁流体横波。

  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。其望远镜口径为20cm,可用Fe 1074.7nm和1079.8nm两条近红外谱线对日冕进行观测,观测视场约为1.05到1.35个太阳半径。田晖团队与CoMP团队合作,提出基于日冕中普遍存在的磁流体横波来测量日冕磁场的新思路。他们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,他们利用1074.7nm和1079.8nm谱线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。最终,在波动追踪和密度诊断的基础上,他们首次基于日冕观测获得了日冕磁场的全球性分布。

  这一研究成果实现了用磁震学方法测量日冕磁场从点、线到面的飞跃,填补了太阳磁场测量的空缺。

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