NASA用激波测算太阳磁场 可研究日冕物质抛射

伤我心太深

据美国物理学家组织网7月15日（北京时间）报道，最近，美国国家航空航天局（NASA）利用数学技术和对日冕物质抛射的最新研究设计出一种新方法，能更详细地测定太阳上层大气（日冕）层的磁场环境。而且新方法更便捷，只要观察日冕物质抛射时有一个较好的侧面角度，就能随时使用。研究论文将发表在7月20日出版的《天体物理期刊通讯》上。

太阳磁场是整个日光层的骨架，引导着粒子和日冕物质抛射运动的方向。日冕物质抛射有时向着地球，可能会损害我们的卫星，因此理解太阳磁场对研究日冕物质抛射至关重要。NASA戈达德航空中心太阳物理学家纳特-戈波斯霍姆解释说，当物体通过带电荷的等离子气体时，它的运动相当于磁场强度，检测太阳磁场环境，也就相当于检测日冕物质抛射通过上日冕层时所产生的弓形激波。而在上日冕层，由于大气层非常稀薄，围绕日冕物质抛射的标志性激波环很难准确检测。激波不会停在日冕物质抛射附近，它们会从抛射边缘逃逸，并随着日冕物质抛射减慢而逐渐消失。

研究小组利用2008年3月25日观测到的一次日冕物质抛射事件的数据进行了测算，算出了围绕日冕物质抛射边缘扩散的激波环，并确定了太阳的磁场强度。

研究小组表示，根据日冕物质抛射和弓形激波之间的距离（也称日冕物质抛射曲率半径），能算出更多关于运动介质的信息，得到激波的速度和形状，并确定运动介质是水还是其他更粘稠的物质（比如油）。而通过激波的速度可以得到介质的“阿尔文速度”，它限制着激波在等离子体中传播的速度，决定着产生激波之前，物体通过磁场的最大速度。一旦阿尔文速度已知，就能确定磁场强度。

研究人员表示，结合关于日冕层的其他信息，新方法能获得粒子密度、温度、磁场方向等更多数据，有助于将来完整描绘太阳环境图景。

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太阳普遍磁场指日面宁静区的微弱磁场，强度约1×10-4～3×10-4特斯拉，它在太阳南北两极区极性相反，近年的观测发现，通过光球的大多数磁通量管被集中在太阳表面称作磁元的区域，其半径为100～300千米，场强为0.1～0.2特斯拉，大多数磁元出现在米粒和超米粒边界及活动区内。如果把太阳当作一颗恒星 ，可测到它的整体磁场约3×10-5特斯拉，这个磁场是东西反向的。

太阳磁场 solar magnetic field

　　太阳的绝大部分物质是高温等离子体，太阳的物态、运动和演变都与磁场密切相关。太阳黑子、耀斑、日珥等活动现象，更是直接受磁场支配。因此，太阳磁场的研究具有重要意义。

　　太阳磁场的定义

　　分布于太阳和行星际空间的磁场。分大尺度结构和小尺度结构。前者主要指太阳普遍磁场和整体磁场，它们是单极性的，后者则主要集中在太阳活动区附近，且绝大多数是双极磁场。

　　在太阳风作用下，太阳磁场还弥漫整个行星际空间，形成行星际磁场。它的极性与太阳整体磁场一致，随着离开太阳的距离增加而减弱。各种太阳活动现象都与磁场密切相关：耀斑产生前后，附近活动区磁场有剧烈变化（如磁场湮灭）；黑子的磁场最强，小黑子约0.1特斯拉，大黑子可达0.3～0.4特斯拉甚至更高。谱斑的磁场约0.02特斯拉。日珥的形成和演化也受磁场的支配。

研究简史

　　1908年，美国天文学家海耳等在威尔逊山天文台(现称海耳天文台)，利用光谱线的塞

海耳

曼效应测量太阳黑子的磁场。这项工作后来在波茨坦天文台(1942年)、克里米亚天体物理台（1955年）等处也相继开展起来。

　　1912年，海耳等开始测量太阳的普遍磁场，但得到的结果有较大误差。

　　1953年，H.D.巴布科克研制了太阳光电磁像仪，用以观测太阳表面的微弱磁场。在以后二十多年,各种不同类型的磁像仪先后研制成功,因而发现了日面局部磁场、太阳整体磁场和磁结点等。在实测工作取得巨大进展的同时，理论研究也蓬勃开展起来。例如，黑子磁场结构、太阳活动周的起源、耀斑爆发机制以及磁场内谱线形成理论等研究，都有了重要的进展。

观测方法和仪器

　　测量天体磁场主要利用谱线的塞曼效应，也就是利用磁场内辐射的两种性质：①谱线的塞曼分裂或致宽；②塞曼支线的偏振。一般使用呈现正常塞曼效应的磁敏感谱线；例如 FeIλ6303。谱线在磁场内的分裂量ΔλH与磁场强度H成正比，相应的关系式为ΔλH=4.67×10-5gλ2H,式中g为谱线的朗德劈裂因子。对FeIλ6303来说，g=2.5。

　　黑子是日面上磁场最强的区域，强度可达三、四千高斯。这时 FeIλ6303的ΔλH约为10-1埃。大型太阳摄谱仪可以准确测定这个数值。具体作法是在摄谱仪狭缝前安放1／4波晶片（使圆偏振光变为平面偏振光）和偏光膜网（让不同偏振方向的光依次通过），底片上就能得到犬牙交错的谱线。这使我们容易直接测出ΔλH,代入上式便可算出磁场强度H。但是对于黑子以外的区域,磁场弱，ΔλH小,很难精确测定。这时需要使用磁像仪，按某种方式进行调制，交替地得到两条塞曼支线，于是穿过对准线翼的出射狭缝的辐射流量就会不断变化。根据这个变化的幅度可以测定H值。