北京师范大学物理与天文学院教授付建宁团队与合作者首次对太阳之外的恒星实现色球层磁场的测量

近日，北京师范大学物理与天文学院教授付建宁团队与北京大学、法国图卢兹大学等国内外多家研究机构的同行合作，利用长达十年的高分辨率偏振光谱观测数据，首次对太阳之外的恒星实现色球层磁场的测量。这一突破性成果揭示了恒星高层大气中复杂的磁场结构，为理解恒星爆发活动及其对系外行星环境的影响提供了至关重要的观测依据。相关研究论文“Measuring the magnetic fields in the chromospheres of low-mass stars”在国际综合学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表。

当我们仰望星空，那些看似平静的恒星其实并不安分。恒星高层大气（包括色球层和星冕）中的磁场不仅为高温星冕提供能量，还驱动着剧烈的爆发活动——如同太阳的耀斑和日冕物质抛射。而对于红矮星这类宇宙中数目最多的恒星，磁活动则是寻找其是否可能拥有宜居行星的关键因素之一。红矮星虽然个头小、温度低，但往往比太阳更“暴躁”，会频繁爆发超级耀斑，从而可能剥离环绕其运行的行星的大气，进而毁灭行星上可能存在的生命。然而，长期以来，由于其信号非常微弱，人类从未对太阳之外的恒星的上层大气进行过有效的磁场测量。

为了解开这一谜题，由北京师范大学、北京天文馆、北京大学以及法国图卢兹大学等机构的学者组成的国际联合研究团队，利用美国夏威夷天文台ESPaDOnS和法国南比利牛斯天文台NARVAL两台高分辨率偏振光谱仪，对三颗著名的活跃红矮星——AD Leo、YZ CMi 和 EV Lac——进行了长达十年的监测。研究团队利用形成于不同高度的光谱线作为“探针”，通过对比无偏振谱和圆偏振谱，最终实现了对恒星大气的分层扫描，获得了如下发现：

这些恒星的色球层的视向磁场强度可达数百高斯，与光球层的磁场强度相当。这意味着恒星高层大气中储存着巨大的磁能，随时可能通过耀斑等形式释放。另一方面，色球层磁场的极性（方向）竟然常常与光球层的相反，这与太阳上通常观测到的磁场拓扑结构截然不同，暗示红矮星表面附近的磁场具有极其复杂的结构，或存在比预期更加弥散的大尺度磁环，如图1所示。

红矮星偶极磁场的拓扑结构。不同于传统认识，该文揭示了红矮星色球磁场呈现高度弯曲的磁力线，为理解恒星磁活动的三维结构提供了关键证据

这项研究是人类首次有效测量太阳之外恒星的色球层的磁场，不仅填补了观测空白，表明了测量恒星色球磁场的可行性，更对现有磁场外推模型提出了新的挑战。研究结果也为理解恒星高层大气的加热机制和爆发过程提供了关键性的物理约束，将为评估系外行星是否拥有支持生命的条件提供新的“空间天气”参数。

该论文的第一作者与通讯作者为北京师范大学博士后苍天启（现为北京天文馆助理研究员），其他共同通讯作者为北京师范大学教授付建宁、北京大学教授田晖和法国图卢兹大学研究员Pascal Petit。该项研究获得了国家自然科学基金项目、中国载人航天工程巡天空间望远镜项目等多项资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66624-9