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NASA新技术窥探太阳色球层

自从科学家知道太阳的日冕层（corona）下面存在一个色球层（chromosphere）之后长达二十年的时间里，仅在日全食的时候，偶尔在月球的剪影之下，才能一睹太阳色球层的风采——一层亮红色的光环。

日全食过程中拍到的太阳色球层。由于氢原子发出的红色和粉色的光因而被称为色球层。（NASA/ Luc Viatour）

色球层顾名思义，就是有颜色的一层，是太阳大气层主要三层中的第二层，厚度约2,000公里，夹在日冕层和光球层（photosphere）的中间。色球层的密度很低，加之光球层的高亮度，因此没有特殊的设备一般都看不到看到这个层次。所以在发现这个层次存在之后一百多年来，科学家对这个层次的了解仍然很有限。

为什么探测色球层

人们已习惯使用地面的天气预报安排各种生活和生产活动，科学家正致力拓展开发“太空天气预报”，主要围绕太阳的活动情况做出预报。太阳表面抛射物和喷发的活动，对地球上人类的活动，以及太空项目都有相当大的影响。

在影响太阳活动的因素中，太阳的磁场是背后重要的推动因素之一。太阳的磁力线从太阳的表面延伸到比地球更远范围的空间，可是它们不可见，科学家只能间接探测它们，例如通过等离子、高温气体发出的光，就像高速公路上的车灯一样照出它们的线条。磁力线的分布特点——分散而笔直还是紧密而纠缠，对于太阳表面的活动造成很大的影响。

这项新研究的主要作者日本国立天文台的物理学家石川凉子（Ryohko Ishikawa）说：“太阳既美丽又神秘，它的磁力线控制着它每时每刻的活动。”

在理想的情形下，科学家认为从日冕层可以得到磁力线数据，因为太阳的喷发活动都发生在这一层，但是这一层等离子体分布太稀疏，读数不准确。日冕层的密度还不到地球海平面大气密度的十亿分之一。

所以，科学家后来改为测量密度高得多的光球层，再利用数学模型推测日冕层的数据。可是科学家又发现，磁力线在色球层的变数太大了，这样跳过色球层用模型推测的数据准确度太低。

美国宇航局（NASA）前工程师拉赫梅勒（Laurel Rachmeler）说：“色球层是个炙热、混乱的一层。我们简化地对光球层和日冕层分别进行估计，但是由于不明确色球层的情况，这些估计都失败了。”

所以，要了解太阳活动的情况，色球层是不可忽略的一个层次。

这份研究第一次突破了这个障碍，美国、日本、西班牙和法国的科学家合作，发明了一种全新的方法测量色球层的磁力线。

看一眼就掉下来的探测器

他们把2015年使用的色层分光旋光计（CLASP）进行改装，发射了色层分光旋光计2号（CLASP2）测量太阳的磁力线。CLASP系列项目是一种测量火箭，让测量设备搭载火箭发射升空，几分钟之内就在降落伞的帮助下落回地面。这种探测方式比发射卫星探测器的成本低、规划时间短，也是试验新技术的好办法。

这项研究中，CLASP2被发射到离地274公里的高空，快速完成对太阳的测量后落回地面。

三个项目合作

项目组安排在CLASP2测量的同时，让NASA的界面区域成像光谱仪（IRIS）、日出号（Hinode）太阳探测卫星也同时对准太阳的同一位置的不同高度进行测量。

通过这三个项目的合作，NASA有史以来第一次测得太阳色球层内部和周围同一位置、四个高度层次的磁力线数据。

研究者表示，从数据上看到最惊人的特点是，太阳色球层磁力线变化太大。研究组希望接下来使用这种新的测量方法，绘制出整个色球层磁场的情况，将为太空天气预报提供重要的信息。

这项成果2月19日发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。