伍岳明 （wuyueming001@hotmail.com）　2007.09

为了更好的讨论日冕气体的物理性质，现在让我们再回过头来看看日全食期间拍摄的日冕光谱。在拍摄的日冕光谱片上，能清楚地看到，与太阳边缘处的日冕 (即日冕低层)相对应的光谱主要是一条条的亮发射谱线，不是弥漫的连续谱。其中最亮的一条是波长为 530.3纳米的绿线。其次是波长为637.4纳米的红线及波长为 569.4纳米的黄线等等。这就意味着，日冕低层主要发射某些固定颜色(即固定波长 )的光，如某种绿色的光，某种红色的光等等。自从1896年日全食观测发现最强的日冕光谱中的绿线后，许多年来令太阳物理学家困惑不解的是，日冕光谱与地面实验室里人工造出的光谱的波长不一样，与太阳其他部分的光谱的波长也不一样。那么究竟是什么元素在什么状态下发出的这些辐射呢 ?学者们只好认为这是太阳上独有的一种称为“兔气”的元素发出的光。

经过多年辛勤的谱线论证和多次日全食观测研究，学者们终于解开了这个谜。原来，并没有元素“兔气”，这些光是某些金属如铁、钙、镍等的原子失去了 9～14个电子成为了高次电离离子之后发射出来的。而且这些离子只有在类似日冕这样的低密度的、弱辐射的和高温的条件下才辐射这些波长的光。这些光在光谱仪中表现的谱线叫做禁线，在平常状态下这些谱线是不出现的。例如，著名的日冕绿谱线，就是铁原子 (记为FeI)失去13个电子之后 (记为FeXIV，称为铁的13次电离的离子 )在日冕的情况下发射的波长为530.3纳米的光的表现；著名的日冕红谱线 (波长637.4纳米)代表了日冕中 9次电离的铁(记为FeX)的离子所发射的一种红光。

学者们的解释是：日冕气体处于高温中，高速杂乱运动的电子撞击金属原子，使之失去外层的多个电子，成为高次离子并且被激发。同时，日冕中每立方厘米含有的粒子数很少，辐射量也很小，不足以时时改变这些离子的状态，以致许多离子都处于某种特殊的状态，就产生了相应的禁线发射。

这种看上去挺顺畅的解释是不是真的能成立呢 ?日冕中的自由电子如果真能有那么高的速度把别“人”碰成高次电离，日冕温度就应该是出奇的高，比太阳光球里边还要热得多，那不是又会出现温度从光球向日冕不但不减少，反而会大幅增加的怪事吗 ?

事情还真是这么怪。日全食时拍的日冕光谱清楚表明，从日冕低层 (也称为内日冕)向外，发射线日冕会很快变弱、消失，整个光谱变得与太阳光球的光谱很相似，所不同的是，这时的日冕光谱不像光球那样有着疏疏密密、粗粗细细的暗的吸收谱线。日冕的这种光谱是日冕中自由电子散射太阳光球的光而形成的，但其光谱中为什么没有了吸收线呢 ?这是因为日冕的温度非常高，其中的自由电子以高速做着杂乱的运动，把日冕以上的区域产生的散射的光谱中应该有的吸收线展得特别宽，使我们观察不到吸收线了。根据这个道理计算出日冕的温度处处高达 1000000开!

看起来，日全食过程的日冕光谱观测再一次向我们提出了一个难回答的问题：日冕的高温是怎样产生，又怎样维持的 ?同时，禁线光谱的出现也启发了我们用日冕禁线所代表的单色光来观察日冕。图7.31是用特殊仪器拍摄的日冕单色光像，其中注明 530.3纳米及637.4纳米者分别是日冕绿光像和日冕红光像。在几张单色像上的日面边缘处，所看到的一个亮度较强、密度较大的小山丘似的结构叫做日冕凝聚区。这样，我们从日冕单色像上认出了一个以前没提及的日冕结构。在日冕凝聚区下面的结构往往和光斑、黑子群有联系。总之，太阳大气的色球、日冕结构以及联系日地的太阳风，肯定与太阳的本体结构，日幔对流层，光球壳层的活动有联系。例如神秘的“ M区”，同样说明了这种联系。



图7.31日冕的单色光像

(a)波长为 530.3纳米的绿色日冕像 (b)波长为 637.4纳米的红色日冕像

我们都知道地球有偶极磁场，所以指南针大致指着南北方向。可是有时候指南针却摇摆不定，这个现象称为磁暴。值得注意的是有些磁暴一次次的重复出现，周期是 27天。27天是太阳自转的周期，这使科学家很自然的想到，重复性磁暴是太阳引起的。那么太阳的哪一部分引起的磁暴呢 ?这谁也猜不透。因为当磁暴发生时，日面上往往一片寂静，没有活动区。科学家无可奈何，就把引起重复性磁暴的日面区域叫做“ M区”，意思就是“神秘的区域”。这一区域是天文学家多年来一直悬而未决的难题。

1973年 5月14日，美国发射成功“天空实验室”，运行达六年之久。在三次载人运行期间，主要观测对象是太阳，总共拍摄了 18万多张珍贵的太阳照片，其中有3万多幅日冕照片、 2万多张太阳X光照片，为我们深入认识太阳和日冕做出了贡献。

在可见光照片上，日冕到处都是明亮的，各部分的亮度有些差异，但并不悬殊。“天空实验室”拍摄的 X光照片，从根本上改变了这个形象。因为在照片上，我们可以看到日冕中有大片的暗黑区域，天文学家称它为日冕洞。称它们为洞，并不太恰当。因为它们基本上是长条形的，从太阳的南极或北极一直延伸到赤道附近。可是它们又确确实实是空洞洞的，在这些洞的下面是完全没有 X射线的光球。科学家很快弄清楚了，冕洞的温度大约是100万度，比日冕温度低得多。密度也小得多，相差两三倍。冕洞太阳磁场开放的区域，那里的磁力线向行星际空间张开，大量带电质点顺着磁力线跑出来，成为太阳风。因此，冕洞就是太阳风的“风口”；也很快弄清楚了，冕洞不在太阳活动区，而在宁静区。人们终于明白了：原来神秘的 M区就是冕洞；磁暴是由冕洞发出的太阳风质点干扰了地球磁场造成的。

→下一页 →本书目录

网站简介　投稿指南　特别声明