作为专栏的第一篇文章,我决定从最基本的太阳大气开始讲

为了方便研究,我们对于太阳大气进行分层,当下被广泛接受的就是分成五层,这个属于常识性质的五个层次:

从内部到外部依次是: 光球层,色球层,过度区,日冕,太阳风区域(或者是外日冕)

这五层的温度变化非常的有趣(如下图,横坐标是高度纵坐标是温度)

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

上图中可以看出,这几个区域随著温度的的升高伴随著温度变化,其中光球层温度最低,过渡区温度变化最大,日冕温度最高。首先是光球层,通常意义上说。光球层就是我们平常在无遮挡情况下看到的部分,是辐射出绝大部分额可见光的部分。而6000K的「太阳表面温度」,指的就是这个光球层的温度。黑子是发生在光球层的典型事件,后面会更详细的介绍,使用可见光可以在光球层中观测到的结构是米粒组织(如图二是一张放大很多倍的太阳表面的可见光观测图像,中间黑色的是黑子,背景里黄色的米粒状的结构就是米粒组织)。

光球层上面是色球层,从图一中可以看出来在色球层内,温度缓慢上升,事实上是从6000k上升到25000k,色球层的厚度大概是2Mm,在色球层中可以观测到的主要结构是超米粒组织。如图这是一张太阳色球层的观测图(130.4nm 波长),图中增亮的网路所圈出来的米粒状的结构就是超米粒组织,超米粒组织之所以叫超米粒组织就是因为,超米粒组织在尺度上远远大于米粒组织。

米粒组织的边缘,是增亮的网路,这个网路也被称作是「色球网路」,色球网路上聚集了大部分来自于下层的磁力线。

在大部分教科书中,太阳日冕的结构被划分为光球,色球,日冕。这里划分日冕和色球的界限是一个温度突变,在一个几百公里的区间内,温度迅速从25000K升高到百万度的数量级,学者把这个温度突变的层称作「过渡区」。因为这个区域非常的狭窄,以至于远低于这个区域大气的标高,所以说这个区域内的压强可以看做是不变的,所以在温度升高两个数量级的同时,根据等压气体关系,密度减小了两个数量级。

光球层的上方是日冕,也就是温度最高的部分,可以达到上百万度,与此同时也非常的稀薄:

也就是在日食的时候可以在可见光波段看到的光晕。日冕是太阳大气中在空间尺度上最广的成分,可以从太阳表面延伸到数个太阳半径的距离,和太阳风区间衔接。日冕是一个稀薄,热,空间不均匀,随时间变化很大,性质受磁场影响很大的一个大气成分,从x射线波段可以观测到日冕的外围边缘以及日面内的形态,可以从发光区域看出,的确是非常的不均匀。

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

在日冕中,大家习惯上有一种子分类方式:平静日冕和冕洞。

冕洞的温度相对较低,在X射线观测中是大块的暗的区域。计算表明,绝大多数开放磁力线都来自于冕洞。

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