2019年12月12日，世界上最强大的太阳天文台——国家科学基金会的丹尼尔·k·井上太阳望远镜——第一次睁开了眼睛。井上太阳望远镜拥有直径高达4米的主镜和独特的偏心设计，能够在太阳上成像30公里大小的物体。在它于2020年1月29日发布的第一张光线图像中，天辰测速官网有史以来第一次发现了介于得克萨斯大小的对流细胞之间的特征。
但是井上太阳望远镜提供的远不止是我们母星的绚丽图像;它是众多太阳天文学项目中的一个，这些项目共同努力保护我们的星球免受一场万亿美元的灾难:一场灾难性的太阳耀斑。它可能在今年的任何时候到来，也可能在未来的几个世纪都不会到来，但研究太阳是做好准备的唯一途径。以下是这些美丽图片和视频背后的科学。
直到1859年，太阳天文学都非常简单:科学家们研究来自太阳的光线，偶尔点缀在太阳表面的太阳黑子，并在日食期间观测日冕。但在1859年，太阳天文学家理查德·卡灵顿(Richard Carrington)碰巧在观察太阳，追踪一个巨大的、不规则的太阳黑子。
这是首次观测到我们现在称之为太阳耀斑的现象。大约18个小时后(大约是大多数太阳耀斑速度的三到四倍)，地球上出现了有史以来最大的地磁风暴。世界各地都能看到极光:落基山脉的矿工们醒来了;报纸可以在极光中阅读;亮绿色的窗帘出现在古巴、夏威夷、墨西哥和哥伦比亚。电报系统，即使断开，也会产生感应电流，造成冲击，甚至引发火灾。
如果这样的事件发生在今天，我们所拥有的电力和电子基础设施将遭受毁灭性的影响，很容易造成3万亿美元的损失。问题是，当某些太空天气事件穿透我们的磁气圈并与大气相互作用时，就会形成地磁暴，即使在完全断开的电子电路中也会产生大量的电流。
太阳天文学的一个关键科学目标是了解太阳之间的相互作用，导致这些风暴的太空天气，以及对地球本身的影响是如何相互关联的。这就是为什么国家科学基金会的井上太阳望远镜的首要科学目标是测量太阳三个不同层次的磁场:
在光球层,
色球层,
以及整个日冕。
它拥有巨大的4米直径和5个科学仪器——其中4个是光谱偏振计，用于测量太阳的磁性——它将以前所未有的方式测量太阳表面和周围的磁场。
测量太阳各层的磁场是我们预测太空天气最重要的工作，这对大多数人来说都是一个惊喜。在20世纪80年代末，每个人都在谈论太阳耀斑是太空天气的驱动因素，这也是大多数讨论的焦点。然而，这只是故事的一小部分，因为有时太阳耀斑可以在地球上引起壮观的地磁暴，但在其他时候，它们没有影响。
1995年，美国宇航局发射了SOHO天文台，这是我们在理解磁场作用方面迈出的第一步。它所看到的不仅仅是太阳耀斑在光球层发生，而是一种新的现象:日冕物质抛射(CMEs)，它比光球层离太阳更远。如果你曾经看过太阳的蓝色动画，太阳圆盘被日冕仪挡住，你就看过SOHO的图片。
当cme到达地球时，就会引起太空天气事件。没有日冕物质抛射的太阳耀斑不会引起大的地磁风暴;SOHO告诉我们的一件事是，地球的磁场会很好地保护我们不受正常太阳耀斑的影响，最多只会导致一次轻微的极光事件。
但是许多太阳耀斑会导致日冕物质抛射，特别是当附近有日珥的时候。日珥是存在于日冕中的高密度物质的集合，日冕物质抛射通常发生在太阳上的日珥磁分裂的地方，磁分裂会导致物质的喷发。日冕物质抛射本身是有方向性的，只有那些撞击地球的日冕物质抛射才会把我们置于危险之中。当一个CME去了一边，没有什么可担心的;但当我们从我们的角度看到一个环形日冕物质抛射时，它们就会向我们飞来。
但是，即使太阳耀斑导致的日冕物质抛射直接指向地球，也不一定导致地磁风暴;需要有另一块拼图正好排好队:需要有正确的磁性连接。记住，磁铁通常有南北两极，相似的两极(北-北或南-南)相互排斥，相反的两极(南北或南北)相互吸引。
地球有它自己的磁场，从远处看，它有点像一个与旋转轴对齐的条形磁铁。如果日冕物质抛射的磁场与地球磁场一致，太阳粒子就会被排斥，地球上就不会发生地磁事件。但是如果磁场是反方向的，就像161年前臭名昭著的卡灵顿事件一样，你将会看到一个壮观的(可能是危险的)事件，有最壮观的极光表演，还有更多更多。
当带电粒子从太阳射向地球时，它们受到地球磁场的弯曲……[+]然而，这些粒子并没有被转移，而是沿着地球的两极汇集，在那里它们会与大气相撞，产生极光。这只发生在日冕物质抛射粒子的磁场正确分量与地球磁场反方向时。
当带电粒子从太阳射向地球时，它们受到地球磁场的弯曲……[+]美国宇航局
自2000年以来，我们测量从日冕物质抛射向地球的带电粒子磁场的最佳工具，是放置在L1拉格朗日点(L1 Lagrange point)的大量卫星和天文台。不幸的是，从太阳到地球的距离已经达到了99%;从一个CME到达L1到它到达地球，我们通常只有大约45分钟的时间，而且它要么会产生地磁风暴，要么不会。
理想情况下，我们的下一代太阳观测站将给我们带来的是大量时间的增加，我们将不得不知道，当这种潜在的灾难性日冕物质抛射发生时，我们是否需要采取适当的缓解措施。我们有很多事情可以做，但我们需要超过一个小时的提前通知才能做。
我们能够减轻地球上太空天气事件造成的损害的最好方法是让电力公司切断他们电网中的电流，转而切断(和足够接地的)电站和变电站，这样感应电流就不会流入家庭、企业和工业建筑。由于洋流的巨大规模，它们需要安全并逐渐下降，通常需要一天，而不是一个小时，来制定。
要在CME到达地球之前就知道它的磁场是正确的方向还是反方向，关键是测量太阳的磁场;你不需要45分钟的准备时间，你可以得到整整3天左右的准备时间，所以从太阳到地球通常需要抛射出日冕物质。
井上太阳望远镜就是这个神奇的太阳测量磁力仪我们需要它来进行观测。
实际上，我们试图解决的关于太阳的所有问题都是一个磁场问题。如果我们想知道在太阳的光球层发生了什么，它是由太阳内层的热量驱动的，但它是根据磁场及其在太阳外层的分布来分布的。磁连通性从光球层延伸到色球层再到日冕层，日冕层提供了热量、风，并使日冕层充满能量。
在热日冕中产生的风创造了地球和太阳之间的磁场连接，事实上，也创造了太阳和太阳系其余部分之间的磁场连接，甚至与太阳系外行星上的极光有关。无论我们如何从太阳的速度、运动学、能量、量热法等方面来测量材料的其他属性——磁性是理解是什么驱动了太阳的过程的关键。
太阳的日冕环，例如美国宇航局的过渡区和日冕探测器(TRACE)所观测到的日冕环…2005年这里的卫星，沿着太阳磁场的路径运行。当这些环以正确的方式“断裂”时，它们会释放出可能影响地球的日冕物质抛射。
太阳的日冕环，例如美国宇航局的过渡区和日冕探测器(TRACE)所观测到的日冕环…[+] NASA / TRACE
为了理解什么会影响地球，以及如何影响，我们需要全面了解不仅是太阳本身，还包括从太阳各个层面喷射出的粒子:
光球层,
色球层,
电晕,
通过星际空间,
通过L1拉格朗日点，
以及我们的星球本身。
井上太阳望远镜、帕克太阳探测器、即将到来的太阳轨道器任务，
天辰娱乐登录网址以及诸如SOHO和SDO等L1卫星的组合，将使我们能够以前所未有的方式了解太阳和地球之间的磁场联系。国家科学基金会的Inouye太阳望远镜是其中不可或缺的一部分，它不仅以比以往更高的精度测量了太阳上的德克萨斯州大小的对流细胞，而且首次将这些细胞之间的空间排列起来。
虽然最大的太阳耀斑很少见，但它们确实有一定的规律性。有些会产生日冕物质抛射;一些日冕物质抛射直接朝向地球;其中一些确实是朝着地球方向的，它们恰好具有产生壮观极光和潜在的灾难性地磁暴的特性。只有现在，有了新一代的太阳天文学工具，我们才终于能够科学地为不可避免的灾难做准备。
几十年来，我们仅仅靠运气就避免了现代基础设施的破坏。一个卡灵顿级的事件，如果它在不知不觉中袭击我们，肯定会在世界范围内造成价值数万亿美元的损失。随着这些由国家科学基金会的Daniel K. Inouye太阳望远镜领导的以太阳物理学为中心的新天文台的出现，我们终于有机会知道“大太阳”何时来临。