太阳两极的磁场混乱：首批图像揭示炽热谜团

你曾见过的任何太阳图像都是从太阳赤道附近拍摄的。这是因为地球、其他行星以及所有现代航天器都在一个围绕太阳的扁平圆盘内运行，该圆盘称为黄道平面。通过将其轨道倾斜出该平面，太阳轨道飞行器从一个全新的角度揭示了太阳。

标题为“EUI video SolarOrbiter Sun south pole”的视频将太阳轨道飞行器在2025年3月23日的视角（黄色）与地球的视角（灰色）进行了比较。当时，太阳轨道飞行器正从低于太阳赤道17°的角度观测太阳，足以直接看到太阳南极。在未来的几年里，该航天器将进一步倾斜其轨道，因此更精彩的景象还在后面。

欧空局科学主任卡罗尔·芒德尔教授表示：“今天我们揭示了人类有史以来首次看到的太阳极区图像。太阳是我们最近的恒星，是生命的赋予者，也是现代空间和地面电力系统的潜在干扰源。因此，我们必须理解它的运作机制并学会预测其行为。来自太阳轨道飞行器任务的这些独特新视角，标志着太阳科学新时代的开端。”

聚焦太阳南极

一幅拼贴图展示了太阳轨道飞行器于2025年3月16日至17日记录的太阳南极，当时它正从低于太阳赤道15°的角度观测太阳。这是该任务首次进行高角度观测活动，几天后其观测角度达到了目前的最大值17°。

拼贴图中的图像由太阳轨道飞行器的三个科学仪器拍摄：偏振和日震成像仪（PHI）、极紫外成像仪（EUI）以及日冕环境光谱成像仪（SPICE）。点击图片可放大并查看数据的视频版本。

德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）的PHI仪器团队负责人萨米·索兰基教授表示：“我们起初并不确切知道能从这些首次观测中获得什么——太阳两极简直就是未知领域。”

每个仪器都以不同的方式观测太阳。PHI在可见光波段（拼贴图左上）对太阳成像，并绘制太阳表面磁场图（拼图中上）。EUI在紫外波段（拼图右上）对太阳成像，揭示了太阳外层大气（日冕）中百万度的带电气体。SPICE仪器（拼图底部）捕捉来自太阳表面上方不同温度带电气体的光线，从而揭示太阳大气的不同层次。

通过比较和分析这三种成像仪器获得的互补观测结果，我们可以了解物质在太阳外层中的运动方式。这可能会揭示意想不到的模式，例如类似于在金星和土星两极周围看到的极地涡旋（旋转气体）。

这些突破性的新观测对于理解太阳磁场及其为何大约每11年翻转一次（与太阳活动高峰期一致）也至关重要。目前的模型和对11年太阳活动周期的预测尚无法精确预测太阳将在何时以及以多强的程度达到其最活跃状态。

太阳活动极大期的混乱磁场

太阳轨道飞行器极区观测的首批科学发现之一是：目前太阳南极的磁场处于混乱状态。普通磁铁具有清晰的北极和南极，而PHI仪器的磁场测量显示，在太阳南极同时存在北极性和南极性磁场。

这种情况仅在每个太阳活动周期中的短暂时间内发生，即在太阳活动极大期，此时太阳磁场翻转并处于最活跃状态。磁场翻转后，单一极性应会缓慢增强并主导太阳两极。从现在起的5-6年后，太阳将进入下一个太阳活动极小期，届时其磁场最为有序，太阳活动水平也最低。

萨米指出：“这种增强过程的具体机制尚未完全明了，因此太阳轨道飞行器在恰当时机到达高纬度地区，将从其独特而有利的视角追踪整个过程。”

PHI对太阳整体磁场的观测为这些测量提供了背景（参见“PHI_south-pole-Bmap”和“PHI_global-Bmap_20250211-20250429”）。颜色越深（红/蓝），表示从太阳轨道飞行器到太阳的视线方向上的磁场越强。

最强的磁场出现在太阳赤道两侧的两个带状区域中。深红色和深蓝色区域突出了活动区，即磁场集中在太阳表面（光球层）黑子中的区域。

与此同时，太阳的南极和北极都散布着红色和蓝色的斑块。这表明在小尺度上，太阳磁场具有复杂且不断变化的结构。

SPICE首次测量物质运动

太阳轨道飞行器的另一个有趣的“首次”来自SPICE仪器。作为一台成像光谱仪，SPICE测量特定化学元素（包括氢、碳、氧、氖和镁）在已知温度下发出的光线（光谱线）。在过去的五年中，SPICE利用这一点揭示了太阳表面上方不同层次发生的情况。

现在，SPICE团队首次成功利用对光谱线的精确追踪来测量太阳物质团块的移动速度。这被称为“多普勒测量”，其命名源于救护车驶过时警笛音调变化所体现的相同效应。

由此产生的速度图揭示了太阳物质在太阳特定层内的运动情况。通过比较SPICE的多普勒图和强度图，可以直接对比称为“过渡区”的薄层中粒子（碳离子）的位置和运动。在该区域，太阳温度从10 000°C迅速升高至数十万度。

SPICE强度图揭示了碳离子团块的位置。SPICE多普勒图包含蓝色和红色，分别表示碳离子朝向和远离太阳轨道飞行器移动的速度。深蓝色和深红色斑块与由小型羽流或喷流导致的物质更快流动有关。

至关重要的是，多普勒测量可以揭示粒子如何以太阳风的形式从太阳抛出。揭示太阳如何产生太阳风是太阳轨道飞行器的关键科学目标之一。

法国巴黎萨克莱大学的SPICE团队负责人弗雷德里克·奥谢尔表示：“当前和以往空间任务对太阳风从太阳出发的多普勒测量一直受到对太阳两极掠视观测的限制。现在借助太阳轨道飞行器在高纬度进行的测量，将成为太阳物理学的一场革命。”

更精彩的还在后面

这些仅仅是太阳轨道飞行器从其新倾斜轨道进行的首批观测，这组初始数据中的大部分仍有待进一步分析。太阳轨道飞行器首次完整“极到极”飞掠太阳的完整数据集预计将于2025年10月抵达地球。太阳轨道飞行器的全部十台科学仪器将在未来几年收集前所未有的数据。

欧空局太阳轨道飞行器项目科学家丹尼尔·米勒指出：“这只是太阳轨道飞行器‘天梯’的第一步：未来几年，航天器将进一步爬升离开黄道平面，以获得对太阳极区越来越好的观测视野。这些数据将改变我们对太阳磁场、太阳风和太阳活动的理解。”

编者注

太阳轨道飞行器是迄今为止研究我们生命之源恒星的最复杂科学实验室，它以前所未有的近距离拍摄太阳图像，并首次观测其极区。

2025年2月，太阳轨道飞行器通过将其轨道相对于太阳赤道倾斜17°，正式开启了其环绕太阳的“高纬度”旅程。相比之下，行星和所有其他太阳观测航天器都在黄道平面内运行，该平面与太阳赤道的最大倾角仅为7°。

唯一的例外是欧空局/NASA的尤利西斯任务（1990-2009），该任务曾飞越太阳两极，但未携带任何成像仪器。太阳轨道飞行器的观测将通过望远镜首次观测两极（除全套原位传感器外）来补充尤利西斯的数据，同时飞掠太阳的距离要近得多。此外，太阳轨道飞行器将在整个太阳活动周期内监测两极的变化。

太阳轨道飞行器将继续以该倾角绕太阳运行，直至2026年12月24日飞掠金星后将其轨道倾角调整至24°。从2029年6月10日起，航天器将以33°的倾角绕太阳运行（太阳轨道飞行器环日旅程概述）。

太阳轨道飞行器是欧空局与NASA之间的国际合作空间任务，由欧空局运营。太阳轨道飞行器的偏振和日震成像仪（PHI）由德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）主导。极紫外成像仪（EUI）由比利时皇家天文台（ROB）主导。日冕环境光谱成像仪（SPICE）是由欧洲主导的设备仪器，由法国巴黎空间天体物理研究所（IAS）主导。