汪景琇，太陽物理學家，中國科學院院士，現任中國科學院大學資深講席教授、國家天文台研究員，從事太陽磁場和太陽活動研究40餘年，在太陽磁場結構和演化、太陽活動機理等研究中取得重要原創性成果。 2009年獲國家自然科學獎二等獎，2012年獲中國天文學會張缽哲獎。
對地球生命而言，太陽不僅是能量之源，也是一個巨大的威脅，劇烈的聚變反應在時刻進行，能量如驚濤駭浪般持續向外奔湧，形成日珥、耀斑、日冕等太陽爆發現象，不僅嚴重影響人類的太空活動，還有可能造成地球電力系統損壞、通訊系統癱瘓等災難性事件。因此，觀測和研究太陽不僅具有重要的科學意義，更有巨大的實用價值。事實上，自1960年代以來，國際上有數十顆太陽探測相關衛星發射升空，在這場「群雄逐日」的太陽探測熱潮中，我國沒有缺席。 2021年和2022年，我國相繼發射的"羲和號""誇父一號"，開啟了我國雙星逐日的空間探日活動。
目前全球有哪些重要的探日裝備
為了觸摸太陽的脾氣，人類透過各種方式對其進行觀測，除了設置在地面的太陽望遠鏡，在航太技術的加持下，數十顆太陽觀測衛星也被發射升空，一個天地協同的太陽聯測體系逐漸成型。全球有哪些重要的探日裝備呢？目前有三個前所未有的重大設備先後投入工作。第一個是觸摸太陽的太陽帕克探針，它會把一個探測器放到太陽大氣內，在離太陽表面只有九個太陽半徑的地方，近距離探測太陽風的來源、日冕加熱的物理機制和太陽磁場的產生等複雜過程；第二個是太陽軌道器－Solar Orbiter，它最大能以30多度的傾角掠過太陽的極區，並且能夠窺視太陽極區的物理圖像；第三個是4米量級的叫作DKIST的太陽望遠鏡，它是目前全世界最大的太陽望遠鏡。
這裡著重講一講太陽帕克探針。太陽帕克探針要進入到太陽大氣中相當於九個太陽半徑的地方，穿過高溫的日冕層進入日冕裡面，解密太陽風和日冕加熱之謎。在太陽帕克探針出現之前，沒有任何探測器真正接近太陽。太陽帕克探針面臨的最大挑戰，就是要穿越超高溫的日冕層，抵禦日冕層中高能粒子的轟擊。為此，科學家為太陽帕克探針穿上了一件黑科技防熱盾，外面白色的陶瓷塗層可以反射絕大部分來自太陽的熱量，盾牌裡面是兩層碳—碳複合材料夾著約11公分厚的碳泡沫，不僅以極輕的重量實現了高度耐熱，還可以在高溫環境中保護精密儀器的正常工作。
目前，「羲和號」和「誇父一號」先後發射升空，實現了雙星逐日。 「羲和號」專門觀測太陽光球層和色球層。 「誇父一號」的硬X射線成像觀測非常成功，在國際上處於領先位置，對太陽磁場的觀測也已達到國際先進水準。
2024年會不會迎來一場太陽觀測的盛宴
國際上公認最早記錄太陽黑子的是我國漢代。西元前28年，《漢書‧五行志》中記載：「日出黃，有黑氣大如錢，居日中央。」但直到20世紀20年代，中國才開始用儀器對太陽黑子的觀測，就是天文學家高平子在青島觀像台對太陽黑子的觀測。
太陽黑子到底是什麼？太陽黑子是太陽表面強磁場所在的區域，與週邊光球比表現為暗黑點。一個中小規模的黑子和地球大小差不多。太陽表面溫度高達5800度，而太陽黑子中心只有4300度左右，然而在這裡卻能看到高達80萬度的高溫拋射現象。直到現在，關於黑子的內部結構和相關物理過程，仍然存在大量未解之謎。
美國天文學家喬治·埃勒里·海耳是第一個發現黑子磁場的人，1908年，他基於塞曼效應，用物理學的方法第一次診斷了太陽黑子的本質，證明太陽黑子就是強磁場。他也發現了太陽的22年磁週期現象。
太陽黑子本質上是太陽磁場，而且太陽磁場上面，又有自己的三維結構，所以在這個意義上，太陽黑子是包含複雜物理過程的三維的一個物理實體。黑子之外，充滿了小尺度磁結構、磁活動現象。我們觀測到的太陽表面小尺度磁場，它尺度非常小，最小的磁場結構只有一百公里左右。太陽是非常複雜的磁性活動現象，太陽磁場又讓太陽結構變得繽紛複雜，甚至產生非常美麗的現象，例如日珥。
太陽活動以11年為週期，第25個太陽活動週期開始於2020年，將持續到2031年左右。這一週期內的峰值預計將出現在2024年到2025年，當時太陽爆發現像也最頻繁。 2024年會不會迎來一場太陽觀測的盛宴？
太陽長期的變化如何影響天氣、氣候，是一個非常值得探討的問題。我們對太陽活動進行了統計，根據黑子數和耀斑數顯示，目前正好是在25太陽週的上升段，上升的情況跟24周有點接近，這可能預示著25太陽週不會是太強的一個太陽週，很可能跟24週接近，應該是比24週略強的一個偏弱的太陽週。磁場統計也顯示，25週的磁場跟21、22、23太陽週相比，還是處於比較弱的狀態。同時結合太陽總輻射的變化、宇宙線數量的多少，從更長的週期來看，25太陽週或24太陽週，跟100年前的太陽活動週的狀況有點類似。
太陽的表情
太陽常常呈現出一派溫暖、寧靜的狀態，但是太陽偶爾也會煩悶、暴躁，甚至狂怒，發生強烈的太陽活動，俗稱「太陽風暴」。 1946年有人曾觀測到一個大日珥爆發的情形，日珥爆發一般比較壯觀也更加複雜。太陽耀斑也是一個很值得注意的現象。耀斑會導致日冕物質拋射和地球磁場的變化，日冕物質拋射是最大尺度的太陽爆發活動，有時太陽的耀斑和日冕物質拋射會引起太陽的海嘯。
日冕物質拋射的時候，有許多小小的雪花暴，每一個雪花暴都代表一束太陽高能量粒子。日冕物質拋射跑到行星際之後，它變成了磁雲，磁雲一直跑到地球所在的位置。磁雲是什麼？它是扭纏在一起的磁力線，每個磁力線都像掛著念珠一樣，掛著大量的太陽的帶電流體，又被稱為"等離子體"，拋向我們的地球空間，撞擊地球的磁層，引起複雜的日地物理效應。太陽第一次磁能釋放之後，會產生日冕物質拋射和磁雲，日冕物質和磁雲拋射撞擊地球磁層頂，把地球磁力線撕裂，太陽的能量被帶到磁尾，磁尾又發生磁重聯，把高能粒子帶到地球的兩極，產生了極光。極光不只出現在地球的極區，在土星、木星的極區，甚至在木星的幾個衛星，都可以看到極光現象。極光是非常美麗的自然現象，也令人感到驚異，它的那種扭曲和移動，都代表著磁力線的結構和變化。
極端空間天氣
由於地球磁場的保護，極光並沒有為人類帶來實質的傷害，反而讓人驚嘆於它的絢麗。但最強烈的太陽活動還是會引發極端空間天氣事件，對人類生存的環境和高科技系統造成嚴重破壞。
1859年9月1日，天文愛好者卡靈頓在自家天文台上觀測到了歷史上人類所知的第一個耀斑事件。卡靈頓觀測的時候，他注意到在黑子當中出現兩個半月形的白斑，非常刺眼，他感到恐懼，不知道怎麼辦，他馬上跑到外邊想找人來見證這樣一個罕見的現象，遺憾的是他出來後沒有找到任何人，一分鐘後他回到觀測室的時候，這個白斑已經逐漸消失，這就是「卡靈頓事件」。 「卡靈頓事件」導致全球的電報系統被損壞，電報局裡的電報起火，電報員的手被灼傷，全球出現極光。這事件影響很大，18小時後發現地磁暴，顯示這個日冕物質拋射的速度是非常快的。
當時大家認為，這種事件可能不會再發生，或是500年發生一次，但是很快，另一個強烈的太陽活動和空間災害事件的發生，就打破了這個猜想。 2012年7月23日，又發生了一個「卡靈頓級」的太陽爆發事件，為什麼我們沒有看到這樣強烈的影響呢？因為這事件是背離地球而去的，如果這事件對著地球來的話，那將是災難性的。
一百多年來最大的一次太陽爆發是在1989年3月10日發生的，正好我國的懷柔太陽觀測站觀測到了磁場的結構和變化，以及爆發的情況和物質拋射情況。這次太陽爆發導致加拿大魁北克的變壓器被毀壞，感生電流超載，損失電力9450兆瓦，600萬人在黑暗中生活9個小時，造成上億美元的經濟社會損失。第二大的太陽爆發是2003年10月末至11月初的「萬聖節」事件。這個磁場非常複雜，南北半球同時有磁場浮現。這事件導致強烈的日冕物質拋射，整個LASCO（大面積日冕儀）的探測系統都被高能粒子轟擊。最後造成民航通訊中斷、短波通訊中斷，瑞典的電網損壞、日本遺失一個衛星，GPS和羅蘭導航失效，20餘個衛星系統需要介入才能正常運作，多個衛星的科學資料損壞。
過去數十年的研究顯示，太陽磁場是太陽耀斑、日冕物質拋射，甚至是太陽風粒子加速、日冕加熱所有這些活動的能量來源。同樣的物理過程可能發生在其他的恆星，類太陽恆星和更廣泛的天體物件。現代天文物理學的研究目的是了解從太陽內部到太陽日球，太陽的結構、演化和它的動力學，了解為什麼太陽磁場會發生變化，會導致如此複雜的爆發現象。極端的空間天氣，雖然是小機率事件，但是它的影響太大了，科學家不能不關心。所以，我們還是要注意太陽和太陽活動，理解它產生的根源，盡可能對極端空間天氣作出有依據、有啟發性、有幫助的預報。
太陽系外的宇宙"鄰居"
自從46億年前誕生的那一刻起，太陽就不停地散發光與熱，不僅塑造了太陽系每一顆行星的"性格"，還在地球上孕育出了豐富多彩的生命。在茫茫宇宙中，太陽係是否獨一無二？地球之外還有其他智慧生命嗎？
1995年10月，馬約爾和奎洛茲這對師生發現了太陽系外第一個行星，這項發現掀起了一場革命，在銀河系中陸續發現了超過5000顆的系外行星系統。太陽系只不過是銀河系裡很普通的一個，而且可能不是最典型、最有代表性的一個。這些奇異的未知世界，或許有一天讓我們能夠回答，人類是否孤獨？我們的鄰居在哪裡？
赫茲普龍—羅素圖是表示恆星溫度或顏色與光度之間關係的圖，它的橫軸是恆星的光譜型（顏色），縱軸是恆星的質量，大多數恆星都在中間帶上，這個帶叫做作主序星帶。恆星物理學家發現，每一個主序恆星在適當的距離可能有一個生命宜居帶。生命宜居帶要有水，不能太冷，太冷這個行星會結冰，太近的話又會太炎熱，而地球正好在這個宜居帶裡。隨著恆星質量的增加，這個宜居帶也會一點點往外移。基於有沒有水來討論宜居帶，顯然是不夠的，因為電磁環境對生命的存在也很重要。
還有一個例子，美國兩名高中生卡蒂克·平萊和賈斯敏·萊特，他們基於TESS （凌星系外行星巡天望遠鏡）的觀測數據，在老師的指導下發現了TOI-1233的4顆行星，這4顆行星都是內行星，有的還在宜居帶上，有一個是超級地球，證實了這些系外行星的存在。
系外行星的發現引發了天文學一場新的革命，讓理解太陽，以及它的行星系統，它週邊的世界，它的結構演化，它的生命宜居性，成為當代天文學和天體物理學最重大的課題。
太陽的"南北極"
太陽磁活動週的起源究竟是什麼？要回答這個問題，就需要對太陽的一個關鍵區域進行觀測研究，但是人類的探測器目前還從未到過這個地方，這就是太陽的「南北極」。
在太陽磁活動起源的問題上，有一個很關鍵的概念，就是太陽發電機的理論。這個理論就是：太陽的極向磁場，沿著南北極的極磁場，它如何自發地轉化為活動區的磁場？那麼活動區太陽黑子又如何轉變為極區磁場？這是一個很大的問題，在這個問題裡，極區的觀測就變得非常重要。因為人類從來沒對極區實現過成像觀測，不知道極區的磁場、流場，極區自轉的速率怎麼樣，極區有沒有經圈環流，這些我們都不知道，所以對於這樣一個素未謀面的區域，它就限制了太陽物理學的發展。正因為這樣，學術界一直在努力做這件事。 2022年，我們在《科學通報》發表了一組關於太陽立體探測任務的設想文章，設想在日地黃道面上的4個拉格朗日點，各有一個飛行器來探測太陽，一個是黃道面內，然後在極軌有兩個飛船來探測太陽的極區。太陽極軌天文台，是把一顆衛星放到太陽極軌，它偏離黃道面，垂直於黃道面，在一個1AU的距離來繞著太陽旋轉，目前還沒有國際上的同行提出類似的計劃。
我國學者曾經創造了古代天文學的輝煌，應該有責任也有能力攀登現代科學的高峰，希望我國學者能夠率先實現對太陽極區磁場、速度場和輻射的成像觀測，揭示太陽週期、高速太陽風的起源，創建全日球的輻射磁流體力學模型，這就是極軌天文台核心的科學目標。
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