作為專欄的第一篇文章,我決定從最基本的太陽大氣開始講

為了方便研究,我們對於太陽大氣進行分層,當下被廣泛接受的就是分成五層,這個屬於常識性質的五個層次:

從內部到外部依次是: 光球層,色球層,過度區,日冕,太陽風區域(或者是外日冕)

這五層的溫度變化非常的有趣(如下圖,橫坐標是高度縱坐標是溫度)

Response of the solar atmosphere to magnetic field evolution in a coronal hole region [S. H . Yang et al 2009]

上圖中可以看出,這幾個區域隨著溫度的的升高伴隨著溫度變化,其中光球層溫度最低,過渡區溫度變化最大,日冕溫度最高。首先是光球層,通常意義上說。光球層就是我們平常在無遮擋情況下看到的部分,是輻射出絕大部分額可見光的部分。而6000K的「太陽表面溫度」,指的就是這個光球層的溫度。黑子是發生在光球層的典型事件,後面會更詳細的介紹,使用可見光可以在光球層中觀測到的結構是米粒組織(如圖二是一張放大很多倍的太陽表面的可見光觀測圖像,中間黑色的是黑子,背景里黃色的米粒狀的結構就是米粒組織)。

光球層上面是色球層,從圖一中可以看出來在色球層內,溫度緩慢上升,事實上是從6000k上升到25000k,色球層的厚度大概是2Mm,在色球層中可以觀測到的主要結構是超米粒組織。如圖這是一張太陽色球層的觀測圖(130.4nm 波長),圖中增亮的網路所圈出來的米粒狀的結構就是超米粒組織,超米粒組織之所以叫超米粒組織就是因為,超米粒組織在尺度上遠遠大於米粒組織。

米粒組織的邊緣,是增亮的網路,這個網路也被稱作是「色球網路」,色球網路上聚集了大部分來自於下層的磁力線。

在大部分教科書中,太陽日冕的結構被劃分為光球,色球,日冕。這裡劃分日冕和色球的界限是一個溫度突變,在一個幾百公里的區間內,溫度迅速從25000K升高到百萬度的數量級,學者把這個溫度突變的層稱作「過渡區」。因為這個區域非常的狹窄,以至於遠低於這個區域大氣的標高,所以說這個區域內的壓強可以看做是不變的,所以在溫度升高兩個數量級的同時,根據等壓氣體關係,密度減小了兩個數量級。

光球層的上方是日冕,也就是溫度最高的部分,可以達到上百萬度,與此同時也非常的稀薄:

也就是在日食的時候可以在可見光波段看到的光暈。日冕是太陽大氣中在空間尺度上最廣的成分,可以從太陽表面延伸到數個太陽半徑的距離,和太陽風區間銜接。日冕是一個稀薄,熱,空間不均勻,隨時間變化很大,性質受磁場影響很大的一個大氣成分,從x射線波段可以觀測到日冕的外圍邊緣以及日面內的形態,可以從發光區域看出,的確是非常的不均勻。

SolarPhysics at MSU 【x-ray image of the sun】

在日冕中,大家習慣上有一種子分類方式:平靜日冕和冕洞。

冕洞的溫度相對較低,在X射線觀測中是大塊的暗的區域。計算表明,絕大多數開放磁力線都來自於冕洞。

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