據(jù)外媒報(bào)道，1998年，《自然》雜志發(fā)表了一篇開創(chuàng)性的文章，結(jié)論是在太陽大氣層的鈉原子發(fā)出的光中發(fā)現(xiàn)了神秘的極化信號(hào)，這意味著太陽色球?qū)?太陽大氣層的一個(gè)非常重要的層)實(shí)際上是沒有磁化的，這與人們的普遍看法截然不同。 這個(gè)悖論激發(fā)了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)和理論調(diào)查，但這些實(shí)驗(yàn)和調(diào)查不但沒有提供解決方案，反而提出了新的問題，甚至導(dǎo)致一些科學(xué)家質(zhì)疑輻射-物質(zhì)相互作用的量子理論。

在著名的 《物理評(píng)論快報(bào)》 2021年8月18日發(fā)表的一篇文章中，Ernest Alsina Ballester(IRSOL和IAC)、Luca Belluzzi(IRSOL)和Javier Trujillo Bueno(IAC)展示了這樣一個(gè)耐人尋味的悖論的解決方案，在過去幾十年里，這個(gè)悖論一直困惑著太陽物理學(xué)家。這項(xiàng)研究為在目前大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡的新時(shí)代探索難以捉摸的太陽色球?qū)哟艌?chǎng)打開了一扇新的窗口。

25年前，在用新儀器蘇黎世成像偏振儀(ZIMPOL)分析太陽光的偏振時(shí)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)神秘的信號(hào)。這個(gè)神秘的線性偏振信號(hào)出現(xiàn)在中性鈉的D1線的5896埃波長(zhǎng)處，根據(jù)該線的量子數(shù)，這里不應(yīng)該有散射過程導(dǎo)致的線性偏振出現(xiàn)。因此，這個(gè)偏振信號(hào)是完全出乎意料的，它的解釋立即引起了激烈的科學(xué)辯論。兩年后，當(dāng)《自然》雜志發(fā)表了一封帶有解釋的信件時(shí)，這個(gè)謎團(tuán)進(jìn)一步加劇，它要求D1線低級(jí)別的子級(jí)數(shù)并不是平等地填充的。在該理論工作中，D1線神秘的偏振信號(hào)被很好地再現(xiàn)了出來。然而，所提出的解釋意味著太陽大氣層中被稱為色球?qū)拥膮^(qū)域是完全未被磁化的，這顯然與已有的結(jié)果相矛盾，而這些結(jié)果表明，太陽色球?qū)拥陌察o區(qū)域(太陽黑子之外)被高斯范圍內(nèi)的磁場(chǎng)所彌漫。這開啟了一個(gè)嚴(yán)重的悖論，多年來一直挑戰(zhàn)著太陽物理學(xué)家，甚至導(dǎo)致一些科學(xué)家質(zhì)疑原子-光子相互作用的量子理論。

2013年在IAC會(huì)議上實(shí)現(xiàn)了解決該悖論的第一個(gè)突破，當(dāng)時(shí)Luca Belluzzi和Javier Trujillo Bueno從理論上發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的機(jī)制，通過該機(jī)制可以在鈉D1線中產(chǎn)生線性極化，而不需要在D1線的低級(jí)別的群體不平衡。然而，這些研究人員給出的重要步驟是針對(duì)在沒有磁場(chǎng)的太陽大氣模型的理想化情況下。

在2021年8月18日發(fā)表在美國物理學(xué)會(huì)著名科學(xué)雜志《物理評(píng)論快報(bào)》上的一篇文章中，Ernest Alsina Ballester、Luca Belluzzi和Javier Trujillo Bueno展示了這個(gè)耐人尋味的悖論的解決方案，這個(gè)悖論自1998年以來一直困擾著太陽物理學(xué)家。如圖1所示，這個(gè)研究小組已經(jīng)能夠重現(xiàn)D1線極化的神秘觀察，在高斯范圍內(nèi)的磁場(chǎng)存在下。為了取得這一成果，有必要對(duì)這一偏振信號(hào)進(jìn)行有史以來最完整的理論建模，說明非常復(fù)雜的物理機(jī)制的共同作用。這需要三年的工作，通過洛迦諾-蒙蒂的Istituto Ricerche Solari (IRSOL)(隸屬于意大利南部大學(xué))和特內(nèi)里費(fèi)的加那利群島天體物理研究所(IAC)的POLMAG小組之間的密切合作進(jìn)行。

這一結(jié)果具有非常重要的影響。像在鈉的D1線中觀察到的線性偏振信號(hào)是非常有趣的，因?yàn)樗鼈兙幋a了太陽色球?qū)又写嬖诘碾y以捉摸的磁場(chǎng)的獨(dú)特信息。太陽大氣層的這一關(guān)鍵界面層，位于底層溫度相對(duì)較低的光球和上層數(shù)百萬度的日冕層之間，是太陽物理學(xué)中幾個(gè)持久問題的核心，包括對(duì)可能強(qiáng)烈影響我們這個(gè)依賴技術(shù)的社會(huì)的爆發(fā)性現(xiàn)象的理解和預(yù)測(cè)。眾所周知，磁場(chǎng)是太陽色球?qū)訅延^動(dòng)態(tài)活動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力，但我們對(duì)其強(qiáng)度和幾何形狀的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)在很大程度上仍不令人滿意。太陽D1線極化這一長(zhǎng)期存在的悖論的解決，證明了目前光譜線極化的量子理論的有效性，并在目前大口徑太陽望遠(yuǎn)鏡的新時(shí)代，為探索太陽大氣層的磁性打開了一扇新的窗口。

關(guān)鍵詞： 物理學(xué)家 科學(xué)界 太陽悖論 理論調(diào)查