本文是关于2024年4月8日在美国、墨西哥和加拿大parts地区可见的日全食的特别报道的一部分。
对于日食追逐者来说，他们有充分的理由期待4月8日将出现格外壮观的景象，届时月球将短暂地从太阳前方经过。
但并非所有人都满足于等到重要时刻才看看太阳会是什么样子。一个科学家团队正在使用超级计算机和最新鲜的数据来预测太阳外层大气或日冕的外观。日冕区域仅在日全食期间可见，那时月球精确地阻挡了来自太阳可见表面的光线，因此这项练习使科学家能够测试他们对太阳磁场如何控制恒星大气层的理解。
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而如今，太阳磁场非常活跃，这使得研究人员更难预测日冕的景象。“我们事先就知道太阳现在非常活跃。它正处于太阳周期的最大值附近，”Predictive Science Inc.总裁兼高级研究科学家、太阳物理学家乔恩·林克尔说。他和他的同事最早在20世纪90年代中期开始对日食期间的日冕进行建模。尽管计算技术和输入数据已大大进步，但过程中反映的基本物理学原理在三十年里一直保持不变。
而今年，该团队正在迎接一项新的挑战：随着新数据的不断涌入，不断更新预测。往年，林克尔和他的同事们使用的是大约在日食前10天收集的磁场数据。但今年，模拟将总共运行约三周。他说，这项练习很有启发意义。“我们已经可以看到，我们现在预测的日食当天的日冕，与我们在计算开始时预测的日冕有所不同，”林克尔说。
林克尔和他的同事们正在预测日食时的磁场以及地球所见的日冕。林克尔指出，虽然人类看不到磁场，但日食观察者应该期待看到的日冕景象介于两种模拟之间，因为人眼在全食期间可以捕捉到比基本白光日冕预测中可见的更多的细节和结构。（在全食之前和之后，请记住佩戴日食眼镜，以保护您的眼睛在观看太阳时。）
该团队的网站上的另一个有用的功能显示了从全食路径上的任何一点看到的太阳外观。这很有价值，因为从地球上不同位置看到的太阳方向会发生变化，从月球阴影首次登陆的墨西哥西部到最后看到全食的加拿大东部，可以看到近90度的旋转。
与地球的磁场不同，地球的磁场源于地球核心，在人类时间尺度上或多或少是稳定的，太阳的磁场会在11年周期内随着恒星的自转而扭曲和解扭。从不断变化的磁场中产生了一种模式，在该团队的预测中，戏剧性的白色尖峰与黑暗的间隙交错出现。这次日食将与2017年横跨美国的海岸到海岸日食形成鲜明对比，当时太阳正处于其周期的最小值附近，日冕更加平静，结构也较少。
即使在有几艘宇宙飞船专门用于观测太阳的时代，日食也是了解我们的恒星——尤其是其较低日冕的独特机会。没有任何人造仪器能像日全食那样出色地仅阻挡太阳的可见盘面，而不会阻挡其他任何东西，从而展现整个日冕。“从来没有像月球这样的遮光盘——它是有史以来最好的遮光盘，”林克尔说。
尽管如此，预测项目还是极大地受益于最近发射的宇宙飞船。今年的预测将纳入来自太阳轨道飞行器的数据，这是欧洲航天局于2020年发射的一项任务，旨在提供一个难得一见的恒星两极景象。该探测器将从与大多数可用观测不同的角度提供太阳磁场的宝贵一瞥，这些观测是在太阳和地球之间的直线上进行的。
在日食期间预测太阳日冕不仅仅是一个巧妙的技巧。它需要了解太阳的磁场——这个磁场也控制着等离子体和辐射的爆发，这些爆发会影响地球上和地球周围的生命。这些统称为空间天气的现象，可能会危及轨道上的导航和通信卫星以及电网。但与陆地天气不同，科学家们还无法对空间天气做出准确的提前预报。
林克尔希望他团队的预测工作，特别是今年在持续建模方面的冒险，将使科学家们朝着这个目标更进一步，他说。“我们认为，这种新的建模范式对于未来的空间天气预报来说非常令人兴奋，因为这更类似于气象预报的完成方式。”