超表面元件让太阳磁场测量“一气呵成”

未来的空间望远镜在监测太阳磁场活动时，只需一个指甲盖大小的关键元件。美国加州大学圣迭戈分校与英国宇航系统公司合作开发出一种直径仅6毫米的新型超表面元件，可一次完成太阳磁场测量，无需多次曝光和复杂机械结构，有望简化太阳观测设备、降低任务成本。相关成果发表于新一期《科学进展》杂志。

在天文学中，偏振测量非常重要，因为它能揭示太阳磁场的信息。而准确掌握太阳磁场，有助于理解日冕物质抛射等太阳活动。这类剧烈爆发会将大量带电粒子云抛向地球，对卫星、电子基础设施、通信系统和电网造成严重威胁。

目前，太阳望远镜利用专门的光学元件分析不同方向的偏振，但通常一次只能测量一个方向。为了获得完整信息，仪器需要在旋转偏振元件的同时连续拍摄多张图像，再将它们合成为完整结果。这一过程类似于戴着偏振太阳镜，从不同角度拍摄多张照片，再将其拼合以获取全部信息。但在太空环境中，航天器的微小振动就可能导致多次曝光之间发生偏移，影响观测精度。

新技术的核心是一种名为“超表面偏振光栅”的光学元件。它利用纳米尺度结构操控光线，可同时将入射光分离为多个偏振通道，一次曝光便能获得原本需要多次拍摄才能得到的信息。由于无需旋转或移动部件，整个系统更加简单、紧凑。

研究团队将该超表面集成到定制的望远镜部件中，部署于美国新墨西哥州的邓恩太阳望远镜开展测试。实验中，系统成功同步获取了太阳黑子的偏振图像，并测出其中蕴含的磁场信息。团队将所得结果与美国国家航空航天局（NASA）太阳动力学观测卫星的数据进行比较，发现两者高度一致。

团队表示，这项成果是超表面技术从实验室概念验证迈向实际科学应用的重要一步。