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色球(Chromosphere)其實就是恆星大氣的一層,位於光球層的外圍,厚度較大,根據溫度的不同大致可以分為三個層,在此層多會爆發太陽耀斑,給臨近星球造成惡性的後果。

1 色球 -簡介

色球色球層

色球(chromosphere):恆星大氣的一層,包圍在光球層之外。平時,由於地球大氣中的分子以及塵埃粒子散射了強烈的太陽輻射而形成「藍天」,色球和日冕完全淹沒在藍天之中。

只有在日全食的食既到生光(見日食)的短暫時刻內,觀測者才能用肉眼看到太陽圓面周圍的這一層非常美麗的玫瑰紅色的輝光。它是早期的日全食觀測者發現的,於1869年由洛基爾和弗蘭克蘭首先命名。紅色是由於色球光譜中波長為6562.8埃的氫線 Hα 在亮度上占絕對優勢的緣故。

人們習慣地認為天體外層的溫度總是低於內部。但是,在太陽大氣層內卻出現溫度的反常分佈。

在厚度約2000公里的色球層內,溫度從光球頂部的 4600K增加到色球頂部的幾萬度,而其他的一些物理參數(如密度、電離度等)和一些物理過程也發生巨大的變化。因此,色球物理狀況的研究,引起了太陽物理學者很大注意。

科學定義

中文名稱:色球

英文名稱:chromosphere

定義:位於光球和日冕之間的太陽大氣層,溫度由內向外升高。

應用學科:天文學(一級學科);太陽(二級學科)

2 色球 -耀斑與色球層

色球色球

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動。一般認為發生在色球層中,所以也叫「色球爆發」。其主要觀測特徵是,日面上(常在黑子群上空)突然出現迅速發展的亮斑閃耀,其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間,亮度上升迅速,下降較慢。特別是在太陽活動峰年,耀斑出現頻繁且強度變強。

別看它只是一個亮點,一旦出現,簡直是一次驚天動地的大爆發。這一增亮釋放的能量相當於10萬至100萬次強火山爆發的總能量,或相當於上百億枚百噸級氫彈的爆炸;而一次較大的耀斑爆發,在一二十分鐘內可釋放10~25焦耳的巨大能量,

除了日面局部突然增亮的現象外,耀斑更主要表現在從射電波段直到X射線的輻射通量的突然增強;耀斑所發射的輻射種類繁多,除可見光外,有紫外線、X射線和伽瑪射線,有紅外線和射電輻射,還有衝擊波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射線。

耀斑對地球空間環境造成很大影響。太陽色球層中一聲爆炸,地球大氣層即刻出現繚繞餘音。耀斑爆發時,發出大量的高能粒子到達地球軌道附近時,將會嚴重危及宇宙飛行器內的宇航員和儀器的安全。當耀斑輻射來到地球附近時,與大氣分子發生劇烈碰撞,破壞電離層,使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信,以及電視台、電台廣播,會受到干擾甚至中斷。耀斑發射的高能帶電粒子流與地球高層大氣作用,產生極光,並干擾地球磁場而引起磁暴。

此外,耀斑對氣象和水文等方面也有著不同程度的直接或間接影響。正因為如此,人們對耀斑爆發的探測和預報的關切程度與日俱增

3 色球 -結構

色球色球

色球的結構是不均勻的,如果不考慮這種不均勻性,按照平均溫度隨高度的分佈曲線來區分色球層次,可分為3層:

低色球層,厚約400公里,溫度由光球頂部的4600K上升到5500K;

中色球層,厚約1200公里,溫度緩慢上升到8000K;

高色球層,厚約400公里,溫度急劇上升到幾萬度。

在大約2000公里範圍內,溫度增加了一個數量級。

色球沒有明顯的邊界,這也反應了色球本身的不均勻性。從色球中,時時噴射出細而明亮的流焰,稱為針狀物。這是義大利天體物理學家塞奇於1877年色球模型用波長小於3厘米的射電輻射、波長約1毫米的紅外輻射、紫外連續譜可以建立低色球層的大氣模型。然後通過巴爾末系連續譜和4700埃處的電子散射連續譜的分析,把低色球模型擴展到中色球層。

 雖然,光球米粒組織、譜斑、以及針狀物的存在都表明了光球和色球在結構上的不均勻性,但是,假設物理條件在任何平行於太陽表面的平面內都是均勻的,即所謂「均勻大氣模型」,對許多實際研究工作是很重要的。

色球能向上延伸到如此之高,而且長期穩定地維持這樣慢的密度遞減規律,是因為從光球到色球之間存在著湍流運動。1928年英國的麥克雷首先證明,在2000-4000公里高度之間,只要具有每秒15公里的氣體湍流運動,就可以推導出和觀測數據接近的色球中密度遞減規律。這種湍流運動的機械能,使色球不致在它本身的重力作用下落向太陽。

4 色球 -意義

色球色球

色球是一個充滿磁場的等離子體層,在局部等離子體動能密度和磁能密度可相比擬時,能經常觀測到等離子體和磁場之間的複雜的相互作用。由於磁場的不穩定性,常常會產生劇烈的耀斑爆發,以及與耀斑共生的爆發日珥、衝浪、噴焰等許多動力學現象。耀斑爆發時,還發射大量的遠紫外輻射和X射線輻射以及高能粒子流。這些輻射對日地空間和地球高層大氣影響很大。此外,色球、日冕等離子體和可變磁場以及由不穩定性引起的衝擊波之間的相互作用,會產生大量不同頻率的射電輻射,為色球、日冕物理性質和爆發現象的研究提供重要信息。因此,色球的研究無論對太陽物理還是對空間物理和地球物理,都有重要的意義

5 色球 -影響

色球色球爆發

2003年10月底11月初,科學家目睹了一場有記錄以來最大的太陽耀斑(色球爆發)爆發。這些帶電粒子大規模地傾瀉而出,即使在地球以及地球周圍的空間里也顯而易見——這裡距離源頭整整有1.5億千米遠。舉例來說,突擊到我們鄰近空間中的粒子,它們的轟擊有時會非常強大,以至於許多科學衛星和通信衛星不得不暫時關閉,少數還遭到永久性的損傷。同樣,國際空間站的宇航員也面臨著危險,不得不到空間站上防護相對較好的服務艙中尋求庇護。在地球上,定期航班避開了高空航線,因為在那裡,飛行員可能會遇到無線電通訊方面的問題,乘客和乘務人員可能吸收到的輻射劑量令人擔憂。電網也不得不嚴格監控電涌(surge)。儘管有了這些努力,瑞典南部的5萬戶居民還是短暫地失去了電力供應。

幸運的是,即使與最糟糕的太陽風狹路相逢,地球的磁場和大氣層也可以保護地球上絕大多數的人免遭蹂躪。但是社會對科技的依賴日益加深,使得在某種程度上,幾乎每個人都容易遭受攻擊。在大耀斑爆發的過程中,最大的潛在破壞來自那些高速射離太陽外層大氣的物質——在空間物理學家的術語中,它們被稱為「日冕物質拋射(coronal mass ejections)」。其中一些拋射事件會將巨量的電離氣體送入與地球相撞的軌道中,就像2003年多次異常巨大的色球爆發那樣

6 色球 -其他

色球色球

傳說,第二次世界大戰時,有一天,德國前線戰事吃緊,後方德軍司令部報務員布魯克正在繁忙地操縱無線電台,傳達命令。突然,耳機里的聲音沒有了。他檢查機器,電台完整無損;撥動旋鈕,改變頻率,仍然無濟於事。結果,前線推動聯繫,像群龍無首似的陷入一片混亂,戰役以失敗而告終。布魯克因此受到軍事法庭判處死刑。他仰天呼喊「冤枉!冤枉!」 後來查清,這次無線電中斷,「罪魁禍首」是色球爆發。布魯克的死,實在冤枉。他的死,在於人們當時對色球爆發還不了解。 

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