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日珥是太陽表面噴出的熾熱的氣流,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。它是太陽磁場劇烈活動的結果,也是證明太陽磁場存在的證據。日珥的形成時間大約需要一天,並能在日冕層中保持數月,從太陽表面向外延伸數十萬英里。

1 日珥 -簡介

日珥 日珥

在日全食時,太陽的周圍鑲著一個紅色的環,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。

日珥溫度在5000K~8000K之間,大多數日珥物質上升到一定高度后,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,既不降落,也不瓦解,就像爐火熊熊的鍊鋼爐內有一塊不融化的冰塊。

2 日珥 -研究簡史

日珥日珥

1842年7月8日,日全食的觀測,留下了最早的、明確的日珥觀測記錄。

1860年7月18日,日全食時人類拍攝了日珥的照片。

1868年8月18日,日全食時,拍到日珥的光譜,確定日珥的主要成分是氫。此外,還在日珥光譜中發現一條波長為5876埃的黃線,但在當時實驗室里從未見過這條譜線,遂把發出這種譜線的物質命名為Helium(氦),此字源於希臘語Helios(太陽),意即太陽元素。

1895年,科學家在實驗室里提煉出氦。

從20世紀初期起,天文學家用分光儀等儀器對日珥的光譜、物態、結構、運動、形成、演變等進行了大量的研究。

隨著空間探測的興起,在地球大氣層外拍到了日珥的紫外線和X射線光譜。此外,還對日珥進行了射電觀測。

3 日珥 -分類

日珥日珥

根據形態和運動的特徵,日珥可以分為若干類型。比較流行的是把日珥分成寧靜的、活動的以及爆發的三大類。

寧靜日珥

寧靜日珥比起另外兩種日珥來,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。

活動日珥

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。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11年的太陽活動周期緊密相關。

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,上升高度高達157萬千米,太陽的直徑為139萬千米,比太陽直徑還高。

4 日珥 -分佈

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,以低緯度區為主。低緯區的日珥的分佈與黑子的分佈相似,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。


5 日珥 -運動特徵

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。對於這些現象的形成原因還沒有一致的解釋。

一般認為,除重力和氣體壓力外,電磁力也是日珥運動的一個重要因素。日珥運動狀態的突變可能與磁場的變化有關。有研究表明,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呈螺旋狀分佈。


6 日珥 -觀測

2001年拍攝到的日珥2001年拍攝到的日珥

日珥的亮度要比太陽光球層暗弱的多,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。

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。他們把只允許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。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。

日珥太陽動力學天文台拍攝到的日珥

2012年2月,美國宇航局的太陽動力學天文台衛星拍攝到日珥的照片,這些照片顯示的是巨大的「龍捲風」(日珥)在太陽表面以每小時30萬英里(48萬公里)的速度迅速向前移動的壯觀場面。它或許比看起來更大,事實上它可能比地球還大,並向外延伸到幾十萬英里的高空中。

 

日珥視頻截圖:美國宇航局的衛星拍攝的太陽龍捲風

2012年3月31日,據美國國家地理網站報道,根據美國宇航局太陽動力學天文台(SDO)的觀測數據,英國科學家發現太陽表面出現了一個足以吞噬數百個地球的巨大「龍捲風」——日珥。這一次應該是截止到2012年3月所觀測到的規模最大的幾次日珥之一,也是首次被以如此高的解析度進行觀測的一個。這次日珥的規模相當於5個地球。「龍捲風」內的超高溫氣體以時速超過10萬英里(約合每小時16萬公里)的速度螺旋運動,最高溫度達到200萬攝氏度。

2012年8月6日至8日,美國宇航局的太陽動態觀測衛星(Solar Dynamics Observatory)拍攝到一段時長約為3個小時的視頻,視頻顯示了超紫外線下詳細的太陽活動,太陽表面噴射出巨型日珥,長度達50萬英里(約合80萬公里),據稱太陽噴發的大量放射性物質將抵達地球。




7 日珥 -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。

1999年日全食期間拍到的日珥1999年日全食期間拍到的日珥

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系(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多普勒致寬和輻射阻尼;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佈,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)內核,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105K)。除光波外,日珥還發出射電波,在毫米波段已經有觀測記錄。  



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