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 伍岳明 （wuyueming001@hotmail.com） 2007.09
第三节 日冕层的结构和磁场
伍岳明 曹明富合著 谨以此书献给2005——世界物理年！
对于太阳的最外层大气——日冕的观测研究，日全食的观测导致的一个后果是里奥在
1931年发明了日冕仪，使太阳研究者可以在高山上长时间地利用人造日食观测日冕。20世纪
40年代到80年代，对日冕的射电波的观测和研究取得巨大进展，特别是在太阳射电爆发方面硕果累累。
70年代初开始把日冕仪放置在人造卫星上，避开地球大气对观测的干扰和阻碍，利用太阳光球无X射线发射的特点，对日冕这个罩在太阳外层的高温、稀薄等离子体辐射的
X射线作了非常有成效的观测，使得对日冕的认识有了空前的增长；对日冕所做的白光观测，更是令太阳物理学家们耳目一新。
日冕层的空间结构非常复杂，随着观测分辨率的提高这种结构复杂性尤显突出。图
6.31为日全食时的日冕照片，照片显示，除弥漫发光部分外；日冕有许多粗细不同、长短不一、亮暗相异的结构。如其中：
(a)下粗上细向外延伸的冕流。(图6.31标有
S的结构)。因整个形状像古代武士的头盔，因此称其为：盔状冕流；它的下面光球处经常有黑子群活动，盔顶能够延伸到多个太阳半径那么远，它的寿命可以长达三四个月；
(b)冕羽(冕射线)，它像细细的长线，沿太阳半径略带倾斜的从太阳边缘向外伸出，高低不等，如图
6.31中标有R的
图6.31全食时的日冕照片
图6.32 太阳的X射线照片
C 日冕凝聚区
L 日冕弧状物 P 日冕亮点
CH 冕洞
结构。在太阳黑子活动不太多的时期,冕羽或冕线容易在太阳极区见到，寿命大约
15小时。日冕射线或冕羽看起来非常像从太阳边缘或者极区向上的磁感线；(c)冕洞，冕洞区的日冕高度明显低于两侧的区域，与两侧的日冕有明显的分界，如太阳极区就是极区冕洞。
(d)日冕穴，这是日冕中局部局域外形似椭圆的物质稀疏暗区，其下部总是有一个亮物——色球日珥。冕穴可维持多日，它与下面的日珥同生死，实际上可能是在黑子磁场作用下光球上物质抛射，通过日珥，再向外抛射物质，冕穴实际上就是小冕洞。图
6.32为太阳物理学家拍摄的日冕X射线辐射照片。从照片上也可看出，日冕绝不是均匀的一层高温气体而已，它含有
种种截然不同的现象和过程。在非爆发期间，宁静日冕中主要结构是：冕洞CH，日冕凝聚区
C、冕环L与冕亮点P。
冕洞：这是日冕中物质密度低的区域，在
X射线、远紫外线和射电波中看到它是暗区。用温度低于60万开的气体所辐射的光是看不到冕洞的，可见冕洞确为日冕之物，而不是属于太阳光球或者色球。在太阳两极区有极区冕洞，在中低纬度区有时有较小的孤立冕洞。还有一种可从一个极区一直伸展超过赤道达到另一个太阳半球的冕洞，其面积之大能有太阳表面的几十或十几分之一，甚至更大。冕洞的寿命短的有几十天，长的有一年以上，但其变化很慢，其形状随太阳较差自转并无显著变化。冕洞的一个特点是，它下面的光球区域的磁场粗略地说具有单一的磁极性。
70年代的分析工作证实，高速的太阳物质的连续发射流是从冕洞喷射出来的，冕洞是喷向行星际的高速太阳等离子体的源。
凝聚区：从图6.32上会看到，日冕凝聚区是日冕中较浓密的区域，有比较强的辐射。日全食时，在可见光里也能观测到日面边缘处的日冕凝聚区。凝聚区在紫外线、无线电波的辐射也较强，温度也较高，一般超过
3000000开。凝聚区延展部分的温度比其核心部分温度低，大约是1500000～
2000000开。日冕凝聚区一般能存在几天，与太阳爆发有关联的日冕凝聚区寿命较短，只有几个小时。需要强调指出的是：日冕凝聚区的下面与太阳色球的谱斑相联系，谱斑下面又与太阳光球的光斑相联系，光球光斑与太阳黑子群关系又很密切，而且从下到上的各层结构与变化都是受到以黑子群为核心的强磁场控制，同时还受到各层中太阳物质运动的强烈影响。它们共同组成了一个立体的太阳活动区，区中在适当的时候会出现种种壮观的太阳活动。
冕环：在太阳色球层与日冕中，常有圆弧状物体被观测到，分别称为色球环弧和冕环。在图
6.32中可以看到，冕环并不是环，而是弧状物，或一组弧状物排列在一起。多个弧状物排在一起的也称为冕拱，像是城门洞似的。我们可以在紫外线、软
X射线(波长较长的X射线
)、日冕特有的绿光(波长为530.3纳米
)和红光(波长为637.4纳米
)中拍到冕环。冕环高度从低到高都有，大约是1000～
100000千米。我们如果单独记录一组冕环中的一个弧状物，其寿命只有几个小时。如果就一个冕环组
(或称环系)而言，它可以维持存在好几天。还有些瞬时存在的冕弧，寿命相当短。冕环可以分为热环与冷环两类，以
1000000开的温度为界，但是在日冕高处这两类冕环常融为一体。
冕环是物质组成的弧状物，然而从其形状、它与黑子的关系、弧的两足插入在相反磁极性区来考虑，冕环实际上应该是磁感线组成的，其中物质沿着磁感线运动或对磁感线有一定推动作用而已。
日冕亮点：在日冕的X射线照片
(图6.32)上还能看到分布在日面上的一些亮点，尺寸大约为
20000千米，其亮核约有7000千米大小。这些亮点平均存在的时间约为
8小时，每天约有1500个X射线亮点在日面上显露出来。当它们出现在冕洞区的时候，看起来就像夜海中的灯塔或是夜空的亮星，充满神秘色彩。科学家们猜测，亮点的能量来自太阳的磁场。
显然，日冕中的这些现象都在以或大或小的速度不断地变化着，不是静止不变的。若连续不断地观测或拍成电影，还能使我们看到日冕的一些小规模或大规模的瞬时变化过程，那真是离奇而又美妙，令人着迷。其中对地球环境影响最大的事件称为日冕物质抛射，将在太阳活动章节中给予讨论。
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