太阳也有“影子”。来自银河的高能宇宙线粒子不停地照射着地球，而太阳则像一把伞一样，挡住这些粒子，形成宇宙线的太阳影子。带正电的宇宙线粒子，在日地空间磁场的作用下，其行进方向会发生偏转，太阳影子也相应移动。利用这种移动的观测，国家重大科技基础设施“拉索”（LHAASO）实现了比航天器提前3.3天测量日地空间磁场及其变化，为日地空间环境研究注入了新的活力。

 Y Nan, S Chen TheInnovation创新 2024年10月11日 00:02

“拉索”利用宇宙线每日诊脉日地空间磁场

Video 1  “拉索”落日航拍

从2011年起，我们利用位于西藏羊八井的中意合作ARGO-YBJ实验，对宇宙线太阳影子进行了数年的观测。这是我们首次定量测量日地空间磁场强度。当时，我们已经意识到，宇宙线的观测将为实时监测日地空间环境变化提供宝贵的信息。随着新一代宇宙线观测实验——高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”）的启动，我们得以首次实现对宇宙线太阳影子的每日观测。这一进展极大地推动了日地空间磁场的每日监测。本文旨在展示我们如何利用宇宙线对日地空间行星际磁场观测采用的这种新方法，来丰富现有日地空间环境监测信息。我们将分享我们在创新测量技术方面取得的成果，并推动人类对行星际磁场分布规律的更深入理解。

图1 图文摘要

60多年前，Parker E.N.提出了一个开创性模型（即Parker模型）：太阳磁场被太阳风向外吹出至行星际空间形成了行星际磁场，随着太阳的自转，行星际磁力线在太阳的黄道面上将呈现出螺旋线形态。随后，一系列航天器开始监测太阳风及其携带磁场性质，深化了人类对日地空间磁场和空间天气的认识。但是日地行星际空间广袤，很大范围内缺乏长期监测手段。因此，需要更多的监测手段来共同拼出一副完整的行星际磁场图像，同时为日地空间环境监测和预报提供重要信息。

银河宇宙线是来自宇宙深空的高能粒子，时刻以光速从四面八方撞向地球，而太阳就像一把伞，抵挡着这些粒子，形成太阳影子。宇宙线主要由带正电原子核组成，它们受到日地空间行星际磁场的影响持续偏转，最终使太阳影子发生移动。国家重大科技基础设施——高海拔宇宙线观测站（LHAASO，简称“拉索”） 是国际领先的宇宙线探测装置，其中一平方公里的地面簇射粒子探测器阵列在世界上首次实现了每天对太阳影子的高显著性观测。借助这一观测能力，“拉索”成功测量到了2021年3月到10月期间每天行星际磁场强度及其变化（图2），这个测量领先地球附近航天器测量3.31±0.12天。这一研究成果为长期监测行星际磁场及其变化提供了一个新的方法。

图2 LHAASO和3.3天后航天器观测的每天横向行星际磁场结果对比

针对“拉索”观测到的行星磁场提前航天器测量3.31±0.12天这一结果。我们进行了详细的模拟计算，发现基于行星际磁场Parker模型预期得到的时间差为2.06±0.04天，与观测结果有明显偏离，说明现有行星际磁场模型与真实情况有明显差别。我们的研究结果为进一步改进理论模型提供了重要的观测证据。

总结与展望

“高海拔宇宙线观测站”（LHAASO）实验通过观测每天太阳的宇宙线影子的变化，成功测量了日地空间行星际磁场。这项测量结果提前地球附近变化3.3天。未来，该技术可用于优化行星际磁场模型，探索太阳附近日冕磁场及爆发事件，进行长期空间天气监测，并为地球所受影响的预报研究提供支持。

责任编辑

潘   安  中国科学院西安光学精密机械研究所

容晓晖  中国科学院物理研究所

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第五卷第六期以Report发表的“Monitoring the daily variation of Sun-Earth magnetic fields using galactic cosmic rays” (投稿: 2024-04-10；接收: 2024-09-03；在线刊出: 2024-09-07)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100695

引用格式：The LHAASO Collaboration. (2024). Monitoring the daily variation of Sun-Earth magnetic fields using galactic cosmic rays. The Innovation 5(6), 100695.

原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(24)00133-4

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作者简介

本文的作者为LHAASO国际合作组，通讯作者为南云程博士、陈松战研究员和冯存峰教授。

南云程，高能物理研究所粒子天体中心博士后。主要从事宇宙线日影研究。

陈松战，高能物理研究所研究员，LHAASO国际合作组物理协调人。主要从事宇宙线探测及相关物理研究。

https://people.ucas.edu.cn/~chensz

冯存峰，山东大学物理学院教授。主要从事宇宙线探测及相关物理研究。

https://faculty.sdu.edu.cn/feng_cunfeng/zh_CN/index.htm

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