“拉索”实现利用银河宇宙线监测日地间行星际磁场

国家重大科技基础设施高海拔宇宙线观测站(英文LHAASO，简称“拉索”) 通过精确测量太阳遮挡银河宇宙线而形成阴影随太阳活动的微小变化，首次实现了对日地间行星际磁场的每日监测，相对于地球附近轨道上卫星的监测结果提前3.3天捕捉到行星际磁场的变化，同时该结果也挑战了传统的行星际磁场模型，为空间环境研究和监测注入了新活力。该成果于2024年9月27日在中国百余名青年科学家联合创刊的综合性英文学术期刊《创新》(The Innovation)上发表。该研究工作由中国科学院高能物理研究所牵头的“拉索”国际合作组完成，高能所南云程博士后、陈松战研究员以及山东大学冯存峰教授是该论文的通讯作者。

太阳作为地球生物主要能量来源，其活动也时刻影响着地球的环境。随着人类科技进步和更多电子及空间设备的应用，太阳活动对人类的影响也在被逐步放大，因此监测太阳活动和预测日地空间天气成为人类科学研究的重要内容。行星际磁场是太阳磁场向行星际空间的延伸，长期以来，人类主要通过日冕仪监测太阳表面的活动，结合地面和航天器上的监测，对行星际磁场变化开展研究并预报这些变化对地球磁场造成的扰动，也就是通常说的空间天气预报。但是，在日地间广袤行星际空间中，监测手段始终是整个监测系统中的薄弱环节，难以提供一幅完整的行星际磁场变化的瞬时图像，显然这是空间环境监测和预报所需的重要信息。

银河宇宙线主要由带正电高能粒子组成，以接近光速从四面八方撞向地球，而太阳就像一把伞，抵挡着这些高能粒子，形成了一个阴影(简称“日影”)。宇宙线从太阳传播到地球只需8分钟，期间受日地空间不同处磁场影响而发生偏转，因此日影位置的移动就可以示踪宇宙线的偏转，宇宙线就像一个探针，可以“诊脉”日地空间磁场强度及其变化。此前宇宙线探测阵列虽然也能够观测日影，但是因为阵列灵敏度限制，无法利用当天的数据就实现日影的精确测量。拉索以其超群的高灵敏度，首次实现了这种当日及时观测，研究人员借助每天日影位置移动信息，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1)，并发现该测量领先地球附近航天器测量 天，为长期监测行星际磁场及其变化提供了一个新的监测手段，弥补了在日地间大范围内测定行星际磁场的短板，为空间环境研究和预报注入了新的活力。此外，3.31天的领先时间也挑战了传统的行星际磁场模型Parker模型，因为该模型预期领先时间仅有2.06±0.04天。

图1： 拉索利用宇宙线日影测量日地间磁场示意及提前3.3天测量到的地球附近行星际磁场强度及其随时间变化。

拉索位于四川省稻城县海拔4410米的海子山，于2021年7月开始稳定运行，是国际上领先的宇宙线探测装置。拉索国际合作组基于拉索实验数据已在多个物理方面取得重要成果，本次发现是拉索在宇宙线应用研究方面取得的第一个重要成果。该项研究得到了国家自然科学基金和博士后科学基金等资助。