科学家利用美国国家航空航天局的数据预测2024年4月8日日全食前的太阳日冕

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（）据美国宇航局（Rachel Lense）：我们的太阳，像许多恒星一样，都有一顶王冠。它被称为日冕（拉丁语中“皇冠”或“花环”的意思），由从太阳表面喷出的长长的线状等离子体组成。太阳强大的磁场定义了这些股线，使它们产生波纹并不断进化其结构。然而，这些线很微弱，所以用肉眼观察日冕的唯一方法是在日全食期间。

为了预测2024年4月8日的日食，预测科学的科学家们正在使用美国国家航空航天局太阳动力学天文台（SDO）的数据来预测当天我们的太阳冠可能是什么样子。此外，他们的模型利用美国国家航空航天局昂宿星团超级计算机的计算能力，近乎实时地更新其预测。这意味着该模型在接收SDO发送的数据时不断更新其预测，提供尽可能接近实时的信息。

日冕是我们恒星的外层大气。预测科学总裁Jon Linker说，它“像太阳风一样延伸到行星际空间”。在太阳的热量和磁湍流的驱动下，这种风吹向太阳系的边缘。“它包围了行星，”林克说，“包括地球。”

当地球和其他行星沐浴在日冕流出中时，它们的大气层会对太阳风中发现的高能粒子和磁场做出反应。这种反应被称为太空天气，与陆地天气一样，有轻微的也有严重的。极端太空天气事件，如被称为日冕物质抛射的大型太阳爆发，可能会破坏重要的通信技术，影响轨道上的宇航员，甚至损害我们所有人所依赖的电网。



显示太阳活动可能对技术和基础设施产生的一些影响的可视化。在图像的顶部，太空中的橙色太阳显示出活跃的耀斑。高能电子破坏了绕地球运行的航天器电子设备。太阳耀斑质子也会破坏轨道航天器的电子设备，但也会对航空电子设备、通信和GPS信号闪烁造成辐射影响。在陆地上，放大的电力线代表电力系统中的地磁感应电流。在水中，海底和海上管道设施的放大图像分别代表海底电缆的感应效应和管道中的大地电流。现代社会依赖于各种易受极端太空天气影响的技术。这张图显示了一些受太空天气事件影响的技术和基础设施。图像：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心

太空天气是太阳动态外部最明显的影响之一，科学家们正在努力创造准确的预报。林克表示，完善这些太阳能模型有助于为预测奠定基础。他说：“如果你要预测日冕物质抛射的路径，就像飓风一样，拥有更准确的背景真的很重要。”。

SDO和其他太阳天文台提供了关于日冕的详细见解，但科学家们仍然缺少一些关于驱动其活动的力的重要信息，这些信息是准确预测日冕出现所必需的。预测科学的研究科学家艾米丽·梅森说：“我们没有办法准确测量日冕中的磁场。”。“这是让这件事如此具有挑战性的原因之一。”

为了建立他们的模型，预测科学的研究人员使用对太阳表面不断变化的磁场的测量来近乎实时地驱动他们的模型。这项创新的一个关键是创建一个自动过程，将SDO的原始数据转换为显示磁通量和能量是如何随着时间的推移注入日冕的。将这种动态添加到模型中可以使日冕随着时间的推移而演变，从而导致太阳爆发。梅森说：“我们开发了一个软件管道，可以获取磁场图，找出所有应该通电的区域，然后微调添加到这些区域的能量。”。建造这个自动管道是团队向前迈出的一大步。在过去的预测中，该模型使用了表面磁场的静态快照，这对于跟上不断变化的太阳来说并不理想，尤其是在我们当前太阳活动加剧的时期。同样，在2017年和2021年的迭代中，梅森解释说，一名队友过去通过分析某些区域的极端紫外线活动，“从字面上手绘出太阳上哪些区域需要通电”。持续更新磁场是今年模型所有变化的核心，该团队对结果寄予厚望。

预测，2017年的日全食模型显示了日冕，磁场在深黑背景下以白色突出显示。在预测模型中看到的结构与在实际电晕的图像中看到的组织紧密匹配。事实上，2017年日全食的处理图像显示，月球完全覆盖了太阳盘。在环绕月球的白光中，可以看到结构清晰的日冕。






2017年日全食，电晕预测与实际合成图像。图像：美国国家航空航天局

日全食的复发提供了机会，可以根据现实情况测试其模型的准确性，并相应地进行更新。“我们每次都使用日食预测来对模型做一些新的事情，”预测科学的研究科学家库珀·唐斯说，他策划了自动建模管道。“在接下来的两周里，我真的很高兴看到这一预测是如何不断改进的。我认为这将与我们过去所能做的有很大的不同。”

梅森分享了他的热情。她笑着说：“日食是一个很好的机会，‘看看这个！这就是我们认为的样子！你不想了解更多吗？’这对我们来说是一个非常激动人心的机会，可以与其他人分享全年让我们兴奋的事情。”