文章导读
你是否想过，遥远恒星的“脾气”竟会影响外星生命的存在？北京大学田晖团队联合中外科学家，历时10年，首次成功测量太阳系外恒星的色球层磁场，揭开红矮星剧烈爆发活动的幕后推手。这项发表于《自然·通讯》的突破性成果，不仅填补了恒星磁场观测的空白，还发现色球层磁场强度高达数百高斯，且方向常与光球层相反，挑战现有理论。这一发现为理解恒星大气加热、爆发机制提供了关键线索，更为空间天气与系外行星宜居性评估带来全新视角。
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近日，北京大学地球与空间科学学院田晖教授团队与北京天文馆、北京师范大学、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10年的恒星高分辨率偏振光谱观测数据，首次对太阳系外的恒星实现了色球层磁场的测量。这一成果揭示了恒星高层大气中复杂的磁场结构，为理解恒星大气中的爆发活动及其对系外行星环境的影响提供了重要的观测约束。相关工作在国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）上发表。
恒星高层大气（包括恒星色球和星冕）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（类似太阳耀斑和日冕物质抛射）。对于红矮星这类宇宙中数目最多的恒星，磁活动是判断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，但很多往往比太阳更“暴躁”，会频繁产生超级耀斑和星冕物质抛射，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。近年来，田晖课题组在日冕和星冕磁场测量方面取得系列进展，多篇论文发表在《科学》（Science）和《科学进展》（Science Advances）上。然而，长期以来，由于相关观测信号微弱，人类从未对太阳系外的恒星色球进行过有效的磁场测量。
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3颗著名的活跃红矮星——AD Leo、YZ CMi和EV Lac进行了长达10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。
研究发现，这些恒星色球层的视向磁场强度可达数百高斯，与光球层的平均磁场强度相当。这意味着恒星高层大气中储存着巨大的磁能可以释放出来形成耀斑和星冕物质抛射。另一方面，色球层的平均磁场方向经常与光球层的相反，这种现象在太阳上并不常见，暗示红矮星表面附近的磁场可能具有比太阳上更为复杂的结构。
红矮星磁场结构示意图及观测的偏振光谱
这是人类首次有效测量太阳系外恒星的色球层磁场，不仅填补了观测空白，也对现有恒星磁场模型提供了重要限制。观测结果也可为理解恒星高层大气的加热机制和爆发过程提供重要约束，并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。
论文的第一作者为北京天文馆助理研究员苍天启博士，苍天启、田晖、北京师范大学付建宁教授及法国图卢兹大学Pascal Petit博士为共同通讯作者，其他合作者还有国家空间科学中心李昊研究员、贵州大学陆洪鹏教授等人。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、科学探索奖等资助。
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