科学家利用NASA数据预测日食前的太阳日冕

科学家使用NASA的数据来预测日食前太阳的日冕

我们的太阳，像许多恒星一样，被戴上了一顶皇冠。它叫做“日冕”（拉丁文意为“皇冠”或“花环”），由太阳表面长长的、线状的等离子体条纹组成。太阳强大的磁场定义了这些条纹，使它们不断地波动和演变其结构。然而，这些条纹很微弱，所以肉眼观察日冕的唯一方法是在日全食期间。

2024年4月8日日全食即将到来，Predictive Science的科学家们正在利用NASA的Solar Dynamics Observatory（SDO）的数据来预测那一天我们太阳的日冕可能会是什么样子。此外，他们的模型利用了NASA的昴宿星超级计算机的计算能力，以近乎实时地更新预测。这意味着模型在接收SDO传输的数据时持续更新其预测，提供尽可能接近实时的信息。

太阳日冕是我们恒星的外大气层。“它向星际空间延伸，形成太阳风，”Predictive Science总裁Jon Linker说道。受太阳的热量和磁场湍流驱动，这股太阳风吹向太阳系边缘。

“它笼罩着行星，”Linker说，“包括地球。”

当地球和其他行星沐浴在日冕流中时，它们的大气对其中的高能粒子和磁场做出反应。这种反应被称为空间天气，可以从轻微到严重，就像地球上的气候一样。极端的空间天气事件，比如称为日冕物质抛射的大规模太阳喷发，可以干扰重要的通讯技术，影响轨道上的宇航员，甚至危害我们所有人都依赖的电网。

空间天气是太阳活跃外部最具体的影响之一，制定准确的预报是科学家们努力追求的目标。根据Linker的说法，完善这些太阳模型有助于建立预测的基础。

“如果你要预测日冕物质抛射的路径，就像预测飓风一样，拥有这种更准确的背景信息真的非常重要，”他说。

SDO和其他太阳观测台提供了关于日冕的详细见解，但科学家们仍然缺少一些关于驱动其活动的力量的重要信息，这些信息需要用于准确预测日冕的外貌。“我们没有办法准确测量日冕中的磁场，”Predictive Science的研究科学家Emily Mason说道，“这正是使得这项工作如此具有挑战性的原因之一。”

为了建立他们的模型，Predictive Science的研究人员利用了太阳表面磁场的变化测量来实现几乎实时的模型驱动。这一创新的关键是创建一个自动化过程，将SDO的原始数据转换为显示磁通量和能量随时间注入日冕的情况。将这种动态加入模型允许日冕随时间演变，导致太阳喷发。

“我们开发了一个软件管道，接收磁场地图，选出应该被激活的所有区域，然后微调要添加到这些区域的能量量，”Mason说道。构建这个自动管道对团队来说是一个巨大的进步。在过去的预测中，该模型使用了太阳表面磁场的静态快照，这对跟上不断变化的太阳来说并不理想，特别是在我们当前太阳活动增强的时期。

同样，在2017年和2021年的迭代中，Mason解释说，一位队友曾经“用手绘出太阳上需要被激活的区域”，通过分析某些区域的极紫外活动。持续更新磁场是今年模型中所有变化的核心，团队对结果寄予厚望。

日全食的再次发生提供了测试他们模型精度的机会，并相应地进行更新。“我们每次都利用日食预测来对模型进行新的尝试，”Predictive Science的研究科学家Cooper Downs说道。他设计了自动建模管道。“我非常期待在接下来的两周里看到这一预测如何一直改进。我认为它与我们以前能够做到的相比将是一个极大的不同。”

Mason也分享了他的热情。

“日食只是一个很好的机会，让我们说‘看，这是我们认为它会是什么样子！你不想更多地了解这个吗？’”她笑着说，“这对我们来说是一个非常激动人心的机会，让我们与其他人分享全年都激动我们的事情。”