太阳磁极的混乱：首批图像揭示炽热谜团

你所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被称为黄道平面的、围绕太阳的扁平圆盘内绕日运行。通过将其轨道倾斜出该平面，太阳轨道器从一个全新的角度揭示了太阳的面貌。

标题为 'EUI video SolarOrbiter Sun south pole' 的视频比较了太阳轨道器（黄色）与地球（灰色）在2025年3月23日的视角。当时，太阳轨道器正从太阳赤道下方17°的角度观测太阳，足以直接看到太阳的南极。在未来几年内，航天器将进一步倾斜其轨道，因此最佳视角还在后面。

“今天我们首次揭示了人类对太阳极点的观测视图”，欧空局科学主任卡罗尔·芒德尔教授说。“太阳是我们最近的恒星，生命的赋予者，同时也是现代空间和地面电力系统的潜在干扰源。因此，理解其工作原理并学会预测其行为至关重要。来自我们太阳轨道器任务的这些独特的新视图是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，当时太阳轨道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角度观测活动，几天后它就达到了目前17°的最大观测角度。

拼贴图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）。点击图像可放大并查看数据的视频版本。

“我们起初并不确切知道这些首次观测会发现什么——太阳的极点名副其实是个未知领域”，领导PHI仪器团队的萨米·索兰基教授说，他来自德国马克斯·普朗克太阳系研究所（MPS）。

这些仪器各自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（拼图上方中央）。EUI在紫外波段成像（拼图右上），揭示了太阳外层大气（日冕）中一百万度的带电气体。SPICE仪器（下方一行）捕获来自太阳表面上方不同温度带电气体发出的光，从而揭示了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数据，我们可以了解物质如何在太阳外层运动。这可能揭示意想不到的模式，例如类似于金星和土星两极周围观测到的极地漩涡（旋转气体）。

这些开创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（与太阳活动峰值相吻合）也至关重要。当前关于11年太阳活动周期的模型和预测尚无法精确预测太阳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

太阳轨道器极地观测的首批科学发现之一是，太阳南极的磁场目前一团混乱。虽然普通磁铁有明显的北极和南极，但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的磁场。

这种情况只会在每个太阳周期的太阳活动极大期期间短暂出现，此时太阳磁场翻转并处于最活跃状态。在磁场翻转之后，单一的极性应会缓慢积聚并主导太阳的极点。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，太阳活动水平最低。

“这种积聚究竟如何发生，目前仍未完全明了，因此太阳轨道器在恰好的时间抵达高纬度，得以从其独特而有利的视角跟踪整个过程”，萨米指出。

PHI对太阳整体磁场的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），表示沿太阳轨道器到太阳视线方向的磁场越强。

最强的磁场出现在太阳赤道两侧的两个带状区域。深红色和深蓝色区域突显了活动区，那里的磁场在太阳表面（光球层）的黑子中聚集。

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首次测量运动

太阳轨道器的另一项有趣的‘首次’来自于SPICE仪器。作为一种成像光谱仪，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（谱线）。过去五年，SPICE利用这一点揭示了在太阳表面上方的不同层中发生的事件。

现在，SPICE团队首次成功地利用对谱线的精确跟踪来测量太阳物质团块的移动速度。这被称为‘多普勒测量’，其命名源于与救护车驶过时警报声调变化相同的物理效应。

所产生的速度图揭示了太阳物质如何在太阳的特定层内运动。通过比较SPICE多普勒图和强度图，可以直接比较名为‘过渡区’（该区域太阳温度从10,000°C急剧升高至数十万度）的薄层中粒子（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器航天器运动的速度。深蓝色和深红色斑块与小型羽流或喷流导致物质更快流动有关。

关键的是，多普勒测量可以揭示粒子如何以太阳风的形式从太阳抛射出来。揭示太阳如何产生太阳风是太阳轨道器的主要科学目标之一。

“当前和过去的空间任务对从太阳出发的太阳风进行多普勒测量一直受到太阳极区边缘视角的阻碍。现在借助太阳轨道器从高纬度进行的测量将是太阳物理学的一场革命”，SPICE仪器团队负责人、来自法国巴黎-萨克雷大学的弗雷德里克·奥谢尔说。

最好的还在后面

这些仅仅是太阳轨道器从其新倾斜轨道上进行的首批观测，这第一批数据中的大部分仍有待进一步分析。太阳轨道器首次完整‘从极到极’飞掠太阳的完整数据集预计将于2025年10月抵达地球。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‘登天阶梯’的第一步：在未来的岁月里，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图。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”，欧空局太阳轨道器项目科学家丹尼尔·穆勒指出。

编者注

太阳轨道器是有史以来研究我们生命之源的恒星（太阳）最复杂的科学实验室，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，正式开启了其绕日旅程的‘高纬度’阶段。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，其倾斜角度最多与太阳赤道成7°。

唯一的例外是欧空局/NASA合作的尤利西斯任务（1990-2009年），它曾飞越太阳极区上空，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区（此外还携带全套原位传感器）来补充尤利西斯的数据，同时飞得更靠近太阳。此外，太阳轨道器将在整个太阳周期内监测极区的变化。

太阳轨道器将继续以这一倾角绕日运行，直到2026年12月24日，届时其下一次飞越金星将使轨道倾角增至24°。从2029年6月10日起，航天器将以33°的角度绕日运行。（太阳轨道器绕日旅程概览。）

太阳轨道器是欧空局和NASA之间的国际合作太空任务，由欧空局运营。太阳轨道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）领导。极紫外成像仪（EUI）由比利时皇家天文台（ROB）领导。日冕环境光谱成像仪（SPICE）是由欧洲主导的设备仪器，由法国巴黎的空间天体物理研究所（IAS）领导。