太阳两极的磁性动荡：首批图像揭示炽热之谜

你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、其他行星以及所有其他现代航天器都在一个围绕太阳的扁平圆盘内轨道运行，称为黄道面。通过将其轨道倾斜出这个平面，太阳轨道器从一个全新角度揭示了太阳。

标题为“EUI视频太阳轨道器太阳南极”的视频比较了2025年3月23日太阳轨道器的视角（黄色）与地球视角（灰色）。当时，太阳轨道器从太阳赤道下方17°角度观测太阳，足以直接看到太阳南极。未来几年，航天器将把轨道倾斜得更远，因此最佳视图还在后头。

“今天我们揭示了人类首次观测到的太阳极地图像，”欧洲航天局科学主任卡罗尔·芒德尔教授说。“太阳是我们最近的恒星，生命的给予者，也是现代空间和地面电力系统的潜在破坏者，因此理解其工作原理并学习预测其行为至关重要。这些来自太阳轨道器任务的全新独特视角开启了太阳科学新时代。”

聚焦太阳南极

一个拼贴显示了2025年3月16日至17日记录的太阳南极，当时太阳轨道器从太阳赤道下方15°角度观测太阳。这是该任务首次高角度观测活动，几天后达到了当前的最高观测角度17°。

拼贴中显示的图像由太阳轨道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）。点击图像放大并查看数据的视频版本。

“我们当时不知道这些首次观测会得到什么结果——太阳极地实际上是未知领域，”PHI仪器团队负责人萨米·索兰基教授说，他来自德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）。

每个仪器以不同方式观测太阳。PHI在可见光下成像太阳（拼贴左上）并映射太阳表面磁场（拼贴中上）。EUI在紫外线下成像太阳（拼贴右上），揭示太阳外大气层（日冕）中百万度的带电气体。SPICE仪器（拼贴底行）捕捉来自太阳表面上方不同温度带电气体的光线，从而揭示太阳大气层的不同层次。

通过比较和分析这三个成像仪器做出的互补观测，我们可以了解物质如何在太阳外层移动。这可能揭示意想不到的模式，例如类似金星和土星极地周围看到的极地涡旋（旋转气体）。

这些突破性新见解也是理解太阳磁场及其为何大约每11年翻转一次的关键，这与太阳活动峰值重合。当前的11年太阳周期模型和预测尚无法精确预测太阳何时以及以多大强度达到最活跃状态。

太阳活动极大期的混乱磁场

太阳轨道器极地观测的首批科学发现之一是，太阳在南极的磁场目前处于混乱状态。虽然普通磁体有清晰的南北极，但PHI仪器的磁场测量显示，南极同时存在北极性和南极性的磁场。

这仅在每个太阳周期的短暂时期发生，即在太阳活动极大期，当太阳磁场翻转并处于最活跃状态。磁场翻转后，单一极性应慢慢建立并主导太阳极地。从现在起5至6年后，太阳将达到下一次太阳活动极小期，届时其磁场最有序，太阳活动水平最低。

“这种建立过程的具体机制尚未完全理解，因此太阳轨道器恰好在关键时刻抵达高纬度，从其独特优势视角全面跟踪整个过程，”萨米指出。

PHI对太阳全磁场视图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），从太阳轨道器到太阳的视线方向磁场越强。

最强磁场出现在太阳赤道两侧的两个带中。深红和深蓝区域突出显示了活跃区，那里磁场集中到太阳表面（光球层）的黑子上。

与此同时，太阳南极和北极都散布着红蓝斑点。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首次测量运动

太阳轨道器的另一个有趣“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以此揭示了太阳表面上方不同层发生的事件。

现在，SPICE团队首次成功利用谱线的精确跟踪来测量太阳物质团块的移动速度。这称为“多普勒测量”，其命名源于相同效应引起的救护车警笛经过时音高变化。

所得速度图揭示了太阳物质如何在太阳特定层内移动。通过比较SPICE多普勒图与强度图，你可以直接对比“过渡区”（太阳温度从10 000 °C迅速升至数十万度的薄层）中粒子（碳离子）的位置和运动。

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，分别指示碳离子朝向和远离太阳轨道器航天器的移动速度。更深蓝红斑点与小型羽流或喷射引起的更快流速物质相关。

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喷射而出。揭示太阳如何产生太阳风是太阳轨道器的核心科学目标之一。

“当前和过去空间任务对太阳风从太阳出发的多普勒测量受限于太阳极地的掠视角度。太阳轨道器在高纬度进行的测量将是太阳物理学的一场革命，”SPICE团队负责人弗雷德里克·奥歇尔说，他来自法国巴黎-萨克雷大学。

最好的还在后头

这些仅仅是太阳轨道器从其新倾斜轨道进行的首次观测，其中大部分数据集仍需进一步分析。太阳轨道器首次完整“从极到极”飞越太阳的完整数据集预计于2025年10月到达地球。未来几年，太阳轨道器的全部十个科学仪器都将收集前所未有的数据。

“这只是太阳轨道器‘天堂阶梯’的第一步：未来几年，航天器将进一步爬升出黄道面，获得更佳的太阳极地区域视图。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理解，”欧洲航天局太阳轨道器项目科学家丹尼尔·穆勒指出。

编辑说明

太阳轨道器是研究这颗赋予生命的恒星的最复杂科学实验室，它比任何先前航天器更近距离拍摄太阳图像，并首次观测其极地区域。

2025年2月，太阳轨道器通过将其轨道倾斜至相对于太阳赤道17°的角度，正式开启环绕太阳的“高纬度”旅程。相比之下，行星及所有其他太阳观测航天器都在黄道面轨道运行，倾斜度最多仅7°。

唯一的例外是欧空局/NASA尤利西斯任务（1990-2009），它飞越太阳极地但未携带任何成像仪器。太阳轨道器的观测将通过望远镜首次观测极地来补充尤利西斯的数据，同时配备全套原位传感器并更近距离飞越太阳。此外，太阳轨道器将监测整个太阳周期中极地的变化。

太阳轨道器将继续以该倾斜角度环绕太阳运行，直到2026年12月24日，届时其下一次飞掠金星将使轨道倾斜至24°。从2029年6月10日起，航天器将以33°角度环绕太阳运行。（太阳轨道器太阳之旅概述。）

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