太阳磁极的狂暴景象：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、其他行星以及所有其他现代航天器都在一个围绕太阳的扁平圆盘（称为黄道面）内运行。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”的视频比较了2025年3月23日太阳轨道飞行器（黄色）和地球（灰色）的视角。当时，太阳轨道飞行器从低于太阳赤道17°的角度观测太阳，足以直接看到太阳的南极。在未来几年，该航天器将进一步倾斜其轨道，因此更好的视角还在后面。

欧空局科学主任卡罗尔·芒德尔教授表示：“今天我们首次揭示了人类对太阳极区的观测成果。太阳是我们最近的恒星，是生命的给予者，也是现代空间和地面电力系统的潜在破坏者，因此我们必须了解它的运作方式并学会预测其行为。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纪元的开始。”

聚焦太阳南极

一幅拼贴图展示了2025年3月16-17日记录的太阳南极，当时太阳轨道飞行器从低于太阳赤道15°的角度观测太阳。这是该任务首次进行高倾角观测活动，几天后便达到了当前最大观测角度17°。

拼贴图中展示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）。点击图像可放大并查看数据的视频版本。

来自德国马克斯·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：“我们最初并不知道能从这些观测中得到什么——太阳两极简直就是未知领域。”

每台仪器以不同方式观测太阳。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（拼贴图中上）。EUI在紫外波段（拼贴图右上）成像，揭示了太阳外层大气（日冕）中百万摄氏度的高温电离气体。SPICE仪器（拼贴图底部行）捕获来自太阳表面上方不同温度电离气体发出的光，从而揭示太阳大气的不同层次。

通过比较和分析这三台成像仪器获得的互补观测结果，我们可以了解物质如何在太阳外层运动。这可能会揭示意想不到的模式，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（与太阳活动高峰期一致）也至关重要。目前关于11年太阳活动周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最活跃状态。

太阳活动极大期混乱的磁场

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北极和南极，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中的短暂时间内发生，即太阳活动极大期——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占据太阳极区。从现在起的5-6年后，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：“这一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抵达高纬度区域，将从其独特而有利的视角跟踪整个过程。”

PHI对太阳全局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出了活动区，即磁场在太阳表面（光球层）的黑子中聚集的区域。

与此同时，太阳南极和北极均散布着红色和蓝色斑块。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（谱线）。过去五年中，SPICE借此揭示了太阳表面上方不同层中发生的现象。

现在，SPICE团队首次成功利用谱线的精确跟踪技术测量了太阳物质团块的移动速度。这被称为“多普勒测量”，其名称源于救护车驶过时警笛音调变化的相同效应。

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多普勒图和强度图，可直接对比被称为“过渡区”的薄层中粒子（碳离子）的位置和运动——该区域太阳温度从10,000°C急剧升高至数十万摄氏度。

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，分别指示碳离子朝向和远离太阳轨道飞行器运动的速度。颜色越深的蓝色和红色斑块与因小型羽流或喷流导致物质加速流动相关。

关键的是，多普勒测量能揭示粒子如何以太阳风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飞行器的关键科学目标之一。

来自法国巴黎-萨克雷大学的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从太阳出发的多普勒测量一直受到对太阳极区掠射视角的限制。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。”

更好的还在后面

这些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”飞越太阳的完整数据集预计将于2025年10月传回地球。未来几年，太阳轨道飞行器的全部十台科学仪器将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·穆勒指出：“这只是太阳轨道飞行器‘登天阶梯’的第一步：未来几年，航天器将进一步爬升出黄道面，以获得对太阳极区更佳的观测视角。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这颗赋予我们生命的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°，正式开启绕日运行的“高纬度”阶段。相比之下，行星和所有其他太阳观测航天器均在黄道面内运行，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年），该任务飞越了太阳极区，但未携带任何成像仪器。太阳轨道飞行器的观测将首次通过望远镜（辅以全套原位传感器）观测极区，从而补充尤利西斯的数据，同时飞行距离太阳更近。此外，太阳轨道飞行器将监测整个太阳活动周中极区的变化。

太阳轨道飞行器将以该倾角继续绕日运行，直至2026年12月24日飞越金星时将其轨道倾角增至24°。从2029年6月10日起，航天器将以33°倾角绕日运行。（太阳轨道飞行器绕日旅程概览。）

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）是欧洲主导的设施仪器，由法国巴黎空间天体物理研究所（IAS）牵头。