日珥

日珥

在日全食時,太陽的周圍鑲著一個紅色的環圈,上面跳動著鮮紅的火舌,這種火舌狀物體就叫做日珥,日珥是在太陽的色球層上產生的一種非常強烈的太陽活動,是太陽活動的標誌之一 。日珥是通常發生在色球層的,它像是太陽面的“耳環"一樣。大的日珥高於日面幾十萬千米,還有無數被稱為針狀體的高溫等離子小日珥,針狀體高9000多千米,寬約1000千米,平均壽命5分鐘。

特徵

日珥日珥

日珥是突出在日面邊緣外面的一種太陽活動現象。它們比太陽圓面暗弱得多,在一般情況下被日暈(即地球大氣所散射的太陽光)淹沒,不能直接看到。因此必須使用太陽分光儀、單色光觀測鏡等儀器,或者在日全食時才能觀測到。日珥出現時,大氣層的色球酷似燃燒著的草原,玫瑰紅色的舌狀氣體如烈火升騰,形狀千姿百態,有的如浮雲,有的似拱橋,有的像噴泉,有的酷似團團草叢,有的美如節日禮花,而整體看來它們的形狀恰似貼附在太陽邊緣的耳環,由此得名為“日珥”

日珥的爆發最為壯觀,爆發前是一團密密實實的“冷氣團”,溫度只有7000℃,懸浮在100萬℃的日冕中。日珥在大小、形狀和運動方面差別很大,而且有活動日珥和寧靜日珥兩種主要類型。活動日珥快速噴發,持續幾分鐘至幾小時。活動日珥和黑子群有關,而且同黑子群一樣,在數量和活動上都同太陽活動周期緊密相關。寧靜日珥噴發平緩,減退更慢,可延續幾個月

分類

按運動情況來看,日珥可分為爆發型、寧靜型和活動型這樣三大類。如果細分下去可以分為十幾類。寧靜日珥,在觀測時間內似乎是不動的,而活動日珥,則老在不停地變化著。它們從太陽表面噴出來,沿著弧形路線,又慢慢地落回到太陽表面上。但有的日珥噴得很快、很高,它的物質沒有落回日面,而是拋射入宇宙空間了,爆發日珥的高度可以達到幾十萬千米。1938年爆發的一個最大日珥,頃刻間上升到157萬千米的高空,而地球的直徑不過1.3萬千米

日珥的分類方式主要有兩種:

第一種

1999年日全食期間拍到的日珥1999年日全食期間拍到的日珥

分類根據形態和運動的特徵,日珥可以分為若干類型。已經提出幾種不同的日珥分類法,比較流行的是把日珥分成六大類:

①活動日珥,

②爆發日珥,

③黑子日珥(出現在黑子群上空),

④龍捲日珥(象龍捲風一樣,具有扭曲形狀),

⑤寧靜日珥,⑥冕珥(從日冕空間發出的細流狀日珥)。每一大類又分為若干小類。分類的界限並不絕對,例如,有的寧靜日珥可以突然轉變為活動日珥或爆發日珥。

第二種

日珥分為寧靜的、活動的以及爆發的三大類。顧名思義,寧靜日珥比起另外兩種日珥來,顯然不夠活躍,變化比較緩慢,一般能夠在日面存活幾天時間,因此能夠經常看到寧靜日珥。有時寧靜日珥甚至可以形狀絲毫不變地在日冕中存在數月之久,這簡直令人不可思議。日珥的物質密度比日冕高几千倍甚至上萬倍,它們的確是色球層里的物質。日冕的溫度高達100萬~200萬K,是什麼原因使得溫度大約7000K的日珥能在如此高溫狀態下長期存在呢?它們是怎樣產生的?如今這還是一個尚未解決的問題。有很多天文學家都認為是太陽磁場和日珥磁場的作用,導致了日珥的產生和存在。但是,具體的細節,還需要進一步的探討。

活動日珥比寧靜日珥活躍得多,總在不停地變化。它們像噴泉一樣,從太陽表面噴出很高,又沿著弧形軌跡慢慢地落回到太陽表面。也有的日珥噴得很快很高,它的物質不再落回到日面,而是拋入宇宙空間了。

最壯觀的還數爆發日珥。爆發日珥發生的時候,以每秒700多千米的高速將物質噴發到日冕中,高度達幾十萬甚至上百萬千米,蔚為壯觀。天文學家觀測到的一次最大的爆發日珥,上升高度竟然高達157萬千米,太陽的直徑為139萬千米,比太陽直徑還高。

日珥運動

日珥日珥

日珥的運動很複雜,具有許多特徵。例如,在日珥不斷地向上拋射或落下時,若干個節點的運動軌跡往往是一致的;當日珥離開太陽運動時,速度會不斷增加,而這種加速是突髮式的,在兩次加速之間速度保持不變;在日珥節點突然加速時,亮度也會增加。對於這些現象還沒有滿意的解釋。主要問題是:日珥的密度遠大於日冕,但寧靜日珥可長期存在於日冕中,既不墜落也不瓦解。是什麼力量支撐和維持著它?活動日珥和爆發日珥的速度可高達每秒幾百公里,動力從何而來?日珥運動往往突然加速,甚至寧靜日珥會一下子轉變為活動日珥,原因是什麼?這些問題都有待於進一步研究。一般認為,除重力和氣體壓力外,電磁力在日珥運動中是一個重要因素。日珥運動狀態的突變可能與磁場的變化有關

分布

1992年日全食期間拍到的日珥1992年日全食期間拍到的日珥

日珥在太陽南、北兩半球不同緯度處都可能出現,但在每一半球都主要集中於兩個緯度區域,而以低緯度區為主。低緯區的日珥的分布與黑子的分布相似,按11年太陽活動周不斷漂移。在活動周開始時,日珥發生在30°~40°範圍內,然後逐漸移向赤道,在活動周結束時所處的緯度平均約為17°。這比黑子區域的平均緯度始終高10°左右。至於高緯度區,日珥大約在黑子極大期過去三年後才出現,一直存在到黑子極小期。高緯度區的日珥並不漂移,都在45°~50°範圍內。上述兩個區域的

分界約在緯度40°處。

日珥的數目和面積都與11年的太陽活動周有關,隨黑子相對數而變化。但變化幅度沒有黑子相對數那樣大。

日珥的上升高度約幾萬公里,大的日珥可高於日面幾十萬公里,一般長約20萬公里,個別的可達150萬公里。日珥的亮度要比太陽光球層暗弱得多,所以平時不能用肉眼觀測到它,只有在日全食時才能直接看到。

日珥是非常奇特的太陽活動現象,其溫度在5000~8000K之間,大多數日珥物質升到一定高度後,慢慢地降落到日面上,但也有一些日珥物質漂浮在溫度高達200萬K的日冕低層,既不附落,也不瓦解,就像爐火熊熊的煉鋼爐內居然有一塊不化的冰一樣奇怪,而且,日珥物質的密度比日冕高出1000~10000倍,兩者居然能共存幾個月,實在令人費解。

光譜

通過光譜分析,可以測定日珥的物理參數和化學成分,了解日珥物質的激發和電離狀態,建立日珥的結構模型,並研究太陽輻射(尤其是日冕的紫外線和X射線)對日珥的影響。 日珥的光譜包括許多條發射線和暗弱的連續光譜。在可見區,主要的發射線是氫的巴耳末線(從Hα 起,最多已看到約40條線),此外,還有氦以及鈣、鐵、鎂、鈦、鍶等金屬的譜線。利用不同元素的譜線寬度,可求得日珥的溫度約為7,000K,湍流速度約4公里/秒。從巴耳末線的數目和譜線輪廓的分析,都可得出日珥的電子密度約為每立方厘米1011個,日珥的物質密度也與此相近。

日珥發射線譜線展寬的主要原因是都卜勒致寬和輻射阻尼;斯塔克效應的作用很小。巴耳末線的前幾條以及鈣的H、K等強線都受到自吸收的顯著影響。日珥的連續光譜主要是從3646埃開始向短波方向延伸的巴耳末連續區。利用連續光譜的能量隨波長的分布,也可以推算出日珥的溫度和密度。

1973年5月發射的天空實驗室,用特製的儀器在280~1350埃拍攝了大量的日珥和暗條光譜。在這個波段範圍內的許多條發射線,有的(例如氫的賴曼系)來自日珥的低溫(約10-4K)核心,有的(例如 CⅡλ1336埃和CⅢλ977埃)來自日珥與日冕之間的中介層(溫度約105萬K)。除光波外,日珥還發出射電波,在毫米波段已經有觀測記錄。

磁場

表明日珥具有磁場的事實是:

①活動日珥的運動軌跡和環狀日珥本身都很象磁力線;

②日珥是一團溫度較低(約7,000K)的電漿,卻能在高溫(約106萬K)的日冕中產生並長期存在,很可能是因為,具有隔熱作用的磁力線嚴密地包圍住日珥;

③日珥的物質密度比日冕高1000~10000倍,而能長期懸浮在日冕中不墜落和彌散,很可能是靠磁場來支持和維持的。從1960年開始,天文學家用太陽磁像儀測量日珥的磁場。

結果表明,寧靜日珥的磁場強度約為10高斯,而活動日珥可達200高斯。寧靜日珥中的磁力線主要沿水平方向,活動日珥的磁場結構較為複雜,爆發日珥的磁力線大概是螺鏇狀的。

觀測

有幸看見過日全食的人,一定還記得那短暫而又壯麗的景色。太陽完全被月球遮住了,“黑夜”突然來臨。在那個“黑太陽”的周圍,鑲著一個紅色的光環,美麗極了,這就是太陽的色球層。天文學家形容太陽色球層像是“燃燒著的草原”,或者說它是“火的海洋”,那上面許多細小的火舌在不停地跳動著,不時的還有一束束火柱竄起來很高,這些竄得很高的火柱就叫做“日珥”

日珥是太陽色球層上一種經常性的而且十分美麗壯觀的活動現象。日全食難得一見,怎么樣才能在平時也能觀察色球研究日珥呢?天文學家利用日全食的機會,通過對太陽色球閃光光譜的觀測,發現太陽色球層有幾種特有的很強的輻射。最強的一種輻射是氫原子發射的波長為656.28納米的紅色光,簡稱色球的Hα譜線輻射。其次還有電離鈣發射的波長為393.37納米的深紫色光,簡稱K譜線,還有波長為396.85納米的H譜線等。而太陽光球層的溫度比色球層低,光球在這幾個波長處的輻射幾乎為零。天文學家利用色球層的這一特點,製造出色球望遠鏡。他們將只允許656.28納米波長透過的濾光器(也叫Hα濾光器)安裝在太陽望遠鏡的後部,這樣,在望遠鏡的目鏡里就看見了紅色的太陽色球,好像一個熊熊燃燒的大火球,一個個鮮紅的火舌在上面跳動,非常美麗壯觀。因此太陽色球也叫Hα色球或者叫氫色球。

有了色球望遠鏡,天文學家就可以隨時對太陽色球和日珥進行觀察和拍照了。日珥綽約多姿,變化萬千,有的像浮雲,有的像噴泉,有的像籬笆,還有的似圓環、彩虹、拱橋,等等。日珥的大小不一樣,一般高約幾萬千米;大大超過了色球層的厚度,因此,日珥主要存在於日冕層當中。通過對日珥光譜的分析和研究,已經知道它們的溫度大約7000K

觀察過日珥的人可能會發現,日珥都出現在日面的邊緣。可並不是日珥僅僅出現在日面邊緣。發生在日面當中的日珥,由於與背景為同一種顏色,所以我們看不出它們的存在。但是,我們可以看見它們在日面上的投影,是一些暗黑的條狀物,叫做暗條。當這些暗條隨著太陽的自轉到達日面的邊緣時,我們就能看見這些日珥了。

2013年

2013年,NASA太陽動力學天文台觀測到太陽表面出現的巨大日珥,探測器拍攝到太陽日珥的情景,在太陽磁場線的作用下,此類強大的爆發可“懸停”在太陽表面數天甚至是數周。

2015年

2015年拍攝的日珥2015年拍攝的日珥

2月9日太陽出現了有記錄以來最長暗條,長度超過100萬公里,比太陽半徑還長。

這個暗條實際上是懸浮在太陽磁場中的熾熱氣體,如果暗條出現在太陽側邊,就成了高聳的日珥。暗條通常持續數小時到數天,截止2015年2月13日仍然存在。

日珥出現後,科學家正在追蹤這不同尋常的結構,部分暗條可能隨時都會崩塌或爆發,將會對地球產生影響。

太陽風暴發生時會向周圍空間輸出三種影響:電磁輻射直接影響地球向日面的大氣層和電離層,對短波通訊造成干擾;耀斑爆發噴射出的大量高能粒子,會危及宇宙飛行器內的太空人和儀器的安全;日冕物質拋射,則會引起地球強烈的磁場變化,屆時地表電網可能過熱,航空運輸可能中斷,衛星導航可能失去功能

相關資料

美國東部時間2002年7月1日9時19分,巨大的太陽爆發從太陽色球層表面噴涌而出,長度比地球直徑的30倍還大。如上圖左下方,就是太陽觀測衛星SOHO族捕捉到的這次巨大的太陽爆發所形成的日珥。右上方是另一個形成的日珥。

彗星中研究難度最大的是彗核,它主要由冰和岩石構成,直徑最小只有幾公里。當彗星接近太陽時,彗核會受熱蒸發,其散發的氣體或塵埃會延伸數千公里,形成彗發。在太陽光的掃拂下,彗發中的氣體或塵埃進一步形成跨越數百萬公里的彗尾。彗發和彗尾體積龐大,在地面上用望遠鏡就可以觀測,但要研究彗核,除了利用太空探測器進行近距離觀測,沒有更好的辦法。1999年拍攝到的日珥

到目前為止,人類有過兩次與彗核的近距離接觸,一次是歐洲宇航局的喬托飛船,另一次是美國宇航局的“深空一號”飛船。

美國東部時間2002年7月3日凌晨2時47分(台北時間3日下午14時47分),美國“彗核旅行”號彗核探測器發射升空。它的使命是以前所未有的近距離,對至少兩顆彗星的彗核進行研究,以幫助科學家揭開彗星的一些深層奧秘。

“彗核旅行”號的目標有兩個。一是“恩克”彗星,它於1786年被發現,是彗星家族中已知軌道周期最短的,繞太陽一周只需2.3年,“彗核旅行“號預計2003年11月飛抵”恩克“彗星附近。該探測器下一個目的地是”施瓦斯曼-瓦赫曼3“彗星,按計畫將於2006年6月造訪這顆彗星。

“彗核旅行”號的使命將於2006年9月底正式結束。美國宇航局表示,如果可能,該探測器還將於2008年對另一顆名為“達雷斯特”的彗星進行探測。

按照設計,“彗核旅行”號能以約100公里的距離飛掠每顆目標彗星。探測器上裝備的高精度照相機,能拍下直徑為4米的天體表面特徵,獲取有關彗核尺寸,形狀,亮度和顏色等數據。另外,探測器上還攜帶了塵埃和氣體分析儀等儀器。

美國和歐洲加大了彗星探測的力度,原因在於彗星是太陽系中最原始,最古老的天體之一,形成時間在46億年之前,那時太陽系中的一些行星剛剛開始誕生。另外,地球海洋中的一些水以及大氣層中的部分氣體,甚至產生地球生命的一些原始分子,據認為都來自彗星。因此,彗星實際上為研究地球以及生命的誕生和演化提供了另一扇視窗。

日全食呈現的六大天文奇觀

鑽石環弧光乍現、貝利珠璀璨奪目、俯視大地飛影驚魂、仰觀日輪儀態醉人、久違水星露真容、遠眺地平若夢幻。”500年一遇的日全食將呈現六大奇觀,對公眾而言,將是一場難得的天象盛宴。

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解析太陽風暴之迷

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近年來地球氣候反常,災變頻傳,“地球末日”之說造成人心惶惶。日前美國宇航局(NASA)就非常罕見的提出警告,地球可能遭遇強烈的太陽風暴,而且時間點就在3年後,也就是2013年。到時候全球將陷入大停電,網路電子通訊將全部無法使用。如果惡夢成真,人類生活將發生歷史性的大倒退。
成因太陽活動| 太陽黑子| 日冕物質拋射| 光斑| 太陽風| 譜斑| 太陽輻射| 耀斑| 日珥| 冕洞| 中微子振盪| 太陽自轉
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