本文是關於2024年4月8日在美國、墨西哥和加拿大parts地區可見的日全食的特別報道的一部分。
對於日食追逐者來說，他們有充分的理由期待4月8日將出現格外壯觀的景象，屆時月球將短暫地從太陽前方經過。
但並非所有人都滿足於等到重要時刻才看看太陽會是什麼樣子。一個科學家團隊正在使用超級計算機和最新鮮的資料來預測太陽外層大氣或日冕的外觀。日冕區域僅在日全食期間可見，那時月球精確地阻擋了來自太陽可見表面的光線，因此這項練習使科學家能夠測試他們對太陽磁場如何控制恆星大氣層的理解。
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而如今，太陽磁場非常活躍，這使得研究人員更難預測日冕的景象。“我們事先就知道太陽現在非常活躍。它正處於太陽週期的最大值附近，”Predictive Science Inc.總裁兼高階研究科學家、太陽物理學家喬恩·林克爾說。他和他的同事最早在20世紀90年代中期開始對日食期間的日冕進行建模。儘管計算技術和輸入資料已大大進步，但過程中反映的基本物理學原理在三十年裡一直保持不變。
而今年，該團隊正在迎接一項新的挑戰：隨著新資料的不斷湧入，不斷更新預測。往年，林克爾和他的同事們使用的是大約在日食前10天收集的磁場資料。但今年，模擬將總共執行約三週。他說，這項練習很有啟發意義。“我們已經可以看到，我們現在預測的日食當天的日冕，與我們在計算開始時預測的日冕有所不同，”林克爾說。
林克爾和他的同事們正在預測日食時的磁場以及地球所見的日冕。林克爾指出，雖然人類看不到磁場，但日食觀察者應該期待看到的日冕景象介於兩種模擬之間，因為人眼在全食期間可以捕捉到比基本白光日冕預測中可見的更多的細節和結構。（在全食之前和之後，請記住佩戴日食眼鏡，以保護您的眼睛在觀看太陽時。）
該團隊的網站上的另一個有用的功能顯示了從全食路徑上的任何一點看到的太陽外觀。這很有價值，因為從地球上不同位置看到的太陽方向會發生變化，從月球陰影首次登陸的墨西哥西部到最後看到全食的加拿大東部，可以看到近90度的旋轉。
與地球的磁場不同，地球的磁場源於地球核心，在人類時間尺度上或多或少是穩定的，太陽的磁場會在11年週期內隨著恆星的自轉而扭曲和解扭。從不斷變化的磁場中產生了一種模式，在該團隊的預測中，戲劇性的白色尖峰與黑暗的間隙交錯出現。這次日食將與2017年橫跨美國的海岸到海岸日食形成鮮明對比，當時太陽正處於其週期的最小值附近，日冕更加平靜，結構也較少。
即使在有幾艘宇宙飛船專門用於觀測太陽的時代，日食也是瞭解我們的恆星——尤其是其較低日冕的獨特機會。沒有任何人造儀器能像日全食那樣出色地僅阻擋太陽的可見盤面，而不會阻擋其他任何東西，從而展現整個日冕。“從來沒有像月球這樣的遮光碟——它是有史以來最好的遮光碟，”林克爾說。
儘管如此，預測專案還是極大地受益於最近發射的宇宙飛船。今年的預測將納入來自太陽軌道飛行器的資料，這是歐洲航天局於2020年發射的一項任務，旨在提供一個難得一見的恆星兩極景象。該探測器將從與大多數可用觀測不同的角度提供太陽磁場的寶貴一瞥，這些觀測是在太陽和地球之間的直線上進行的。
在日食期間預測太陽日冕不僅僅是一個巧妙的技巧。它需要了解太陽的磁場——這個磁場也控制著等離子體和輻射的爆發，這些爆發會影響地球上和地球周圍的生命。這些統稱為空間天氣的現象，可能會危及軌道上的導航和通訊衛星以及電網。但與陸地天氣不同，科學家們還無法對空間天氣做出準確的提前預報。
林克爾希望他團隊的預測工作，特別是今年在持續建模方面的冒險，將使科學家們朝著這個目標更進一步，他說。“我們認為，這種新的建模範式對於未來的空間天氣預報來說非常令人興奮，因為這更類似於氣象預報的完成方式。”