太阳两极磁力混乱：首次公布图像揭示熊熊燃烧的谜团

您所见过的所有太阳图像均拍摄自太阳赤道附近区域。这是因为地球、其他行星以及所有其他现代航天器都在一个围绕太阳的扁平圆盘内运行，该平面称为黄道面。通过将其轨道倾斜出该平面，太阳轨道飞行器（Solar Orbiter）从一个全新的角度揭示了太阳的奥秘。

标题为“EUI视频：太阳轨道飞行器观测太阳南极”的视频，对比了2025年3月23日太阳轨道飞行器（黄色）与地球（灰色）的观测视角。当时，太阳轨道飞行器正从太阳赤道下方17°的角度观测太阳，足以直接看到太阳南极。未来几年，该航天器将进一步倾斜其轨道，因此更佳视角尚在后头。

欧空局（ESA）科学部主任卡罗尔·芒德尔教授表示：“今天我们首次揭示了人类观测到的太阳极区图像。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破坏者。因此，我们必须理解其运行机制并学会预测其活动。太阳轨道飞行器任务提供的这些独特新视角，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2025年3月16日至17日记录的太阳南极景象，当时太阳轨道飞行器正从太阳赤道下方15°的角度观测太阳。这是该任务首次进行高倾角观测活动，几天后其观测倾角达到当前最大值17°。

拼贴图中的图像由太阳轨道飞行器的三台科学仪器拍摄：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）PHI仪器团队负责人萨米·索兰基教授表示：“我们最初并不确定能从这些观测中获得什么——太阳两极堪称真正的未知领域。”

各仪器以不同方式观测太阳。PHI通过可见光成像（拼贴图左上）并绘制太阳表面磁场图（拼贴图中上）。EUI通过紫外光成像（拼贴图右上），揭示太阳外层大气（日冕）中百万摄氏度的高温电离气体。SPICE仪器（拼贴图底部）捕获源自太阳表面上方不同温度电离气体的光线，从而显示太阳大气的不同层次。

通过对比分析这三台成像仪器的互补观测数据，我们可以了解物质在太阳外层中的运动方式。这可能揭示出乎意料的模式，例如类似于金星和土星极区观测到的极地涡旋（气体旋涡）。

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。当前关于11年太阳活动周的模型和预测尚无法精确预判太阳达到最活跃状态的时间点和强度。

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。普通磁体具有明确的南北两极，而PHI仪器的磁场测量显示，太阳南极同时存在北极性和南极性磁场。

这种现象仅在每个太阳活动周的极短时期内出现，即太阳活动极大期——此时太阳磁场翻转且活动最为剧烈。磁场翻转后，单一极性应缓慢增强并主导太阳两极。未来5-6年内，太阳将进入下一个活动极小期，届时其磁场最为有序，太阳活动水平降至最低。

萨米指出：“这种磁场增强的具体过程尚未完全明了，因此太阳轨道飞行器在恰当时机抵达高纬度区域，将以其独特优势视角追踪整个过程。”

PHI对太阳全域磁场的观测为这些测量提供了背景参照（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视线方向上的磁场越强。

最强磁场出现在太阳赤道两侧的两个带状区域。深红和深蓝区域标示出活动区，此处磁场在太阳表面（光球层）的黑子中聚集。

与此同时，太阳南北两极均散布着红蓝斑块。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项有趣“首次”来自SPICE仪器。作为成像光谱仪，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（谱线）。过去五年，SPICE借此揭示了太阳表面上方不同层次的动态。

如今，SPICE团队首次通过精确追踪谱线，成功测量了太阳物质团块的移动速度。这被称为“多普勒测量”，其命名源于与救护车驶过时警笛音调变化相同的物理效应。

由此生成的速度图揭示了太阳物质在特定层次内的运动。通过对比SPICE多普勒图和强度图，可直接比较“过渡区”（此处太阳温度从10,000°C骤升至数十万摄氏度）薄层中粒子（碳离子）的位置和运动。

SPICE强度图显示了碳离子团的分布位置。SPICE多普勒图则通过蓝色和红色分别标示碳离子朝向和远离太阳轨道飞行器的运动速度。深蓝和深红斑块与小型羽流或喷流引起的物质加速流动相关。

关键在于，多普勒测量能揭示粒子如何以太阳风形式从太阳抛射而出。揭示太阳风产生机制是太阳轨道飞行器的核心科学目标之一。

法国巴黎萨克雷大学SPICE团队负责人弗雷德里克·奥谢尔表示：“当前及以往空间任务对太阳风启程的多普勒测量受限于对太阳极区的掠射视角。太阳轨道飞行器实现的高纬度测量将是太阳物理学的一场革命。”

精彩仍在继续

这些仅是太阳轨道飞行器从其新倾角轨道获得的首批观测成果，此批数据的很大部分仍有待深入分析。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于2025年10月传回地球。未来数年，太阳轨道飞行器的全部十台科学仪器将持续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‘天阶计划’的第一步：未来数年，航天器将进一步爬升远离黄道面，以获得更佳的太阳极区视角。这些数据将彻底改变我们对太阳磁场、太阳风及太阳活动的认知。”

编者注

太阳轨道飞行器是迄今为止研究这颗赋予生命的恒星的最复杂科学实验室，它以比以往任何航天器更近的距离拍摄太阳图像，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°，正式开启绕日运行的“高纬度”阶段。相比之下，行星及所有其他太阳观测航天器均在黄道面内运行，其倾角最大不超过太阳赤道7°。

唯一的例外是欧空局/NASA联合的尤利西斯任务（1990-2009），该任务曾飞越太阳极区但未携带成像仪器。太阳轨道飞行器的观测将以更近日距离飞行，通过望远镜首次观测极区（辅以全套原位传感器），从而补充尤利西斯的数据。此外，太阳轨道飞行器将持续监测整个太阳活动周期间极区的变化。

太阳轨道飞行器将以此倾角绕日运行直至2026年12月24日，届时其下一次飞越金星将把轨道倾角增至24°。自2029年6月10日起，航天器将以33°倾角绕日运行。（参见太阳轨道飞行器绕日旅程概览图。）

太阳轨道飞行器是欧空局与NASA的国际合作空间任务，由欧空局运营。其偏振和日震成像仪（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）是由法国巴黎空间天体物理研究所（IAS）主导的欧洲设施仪器。