日珥是怎样形成的太阳上的日珥

日珥是怎样形成的太阳上的日珥
日珥是怎样形成的
太阳上的日珥

日珥是怎样形成的太阳上的日珥
【汉语拼音】ri’er
【中文词条】日珥
【外文词条】solar prominences
【作?者】叶式煇
突出日面边缘的一种太阳活动现象.它们比太阳圆面暗弱得多,在一般情况下被日晕(即地球大气所散射的太阳光)淹没,不能直接看到.因此必须使用太阳分光仪、单色光观测镜等仪器,或者在日全蚀时才能观测到.
研究简史 日全蚀时,用肉眼可以看见火红色的日珥.1842年7月8日日全蚀的观测,留下了最早的、明确的日珥观测记录.1860年7月 18日日全蚀时拍摄了日珥的照片.1868年8月18日日全蚀时,拍到日珥的光谱,确定日珥的主要成分是氢.此外,还在日珥光谱中发现一条波长为5876埃的黄线,但在当时实验室里从未见过这条谱线,遂把发出这种谱线的物质命名为Helium(氦),此字源于希腊语Helios(太阳),意即太阳元素.到1895年,才在实验室里提炼出氦.从二十世纪跗谄皓o天文学家用分光仪等仪器对日珥的光谱、物态、结构、运动、形成、演变等进行了大量的研究.近年来空间探测兴起,在地球大气层外拍得了日珥的紫外线和 X射线光谱.此外,还对日珥进行了射电观测.
形状和分类 日珥的形状变化万千,有的象浮云,有的似喷泉,还有圆环、拱桥、火舌、篱笆等形状的.日珥的大小不一,一般说来,长约200,000公里,高约30,000公里,厚约5,000公里.日珥主要存在于日冕中,但下部常与色球相连.日珥有很复杂的精细结构,一般由许多条细长的气流组成.流线上有称为节点的亮块或亮点.
根据形态和运动的特徵,日珥可以分为若干类型.已经提出几种不同的日珥分类法,比较流行的是把日珥分成六大类：活动日珥,爆发日珥,黑子日珥(出现在黑子群上空),龙卷日珥(象龙卷风一样,具有扭曲形状),宁静日珥,冕珥(从日冕空间发出的细流状日珥).每一大类又分为若干小类.分类的界限并不绝对,例如,有的宁静日珥可以突然转变为活动日珥或爆发日珥.(见图1
分布 日珥在太阳南、北两半球不同纬度处都可能出现,但在每一半球都主要集中于两个纬度区域,而以低纬度区为主.低纬区的日珥的分布与黑子的分布相似,按11年太阳活动周不断漂移.在活动周开始时,日珥发生在30°～40°范围内,然后逐渐移向赤道,在活动周结束时所处的纬度平均约为17°.这比黑子区域的平均纬度始终高10°左右.至于高纬度区,日珥大约在黑子极大期过去三年后才出现,一直存在到黑子极小期.高纬度区的日珥并不漂移,都在45°～50°范围内.上述两个区域的分界约在纬度40°处.
日珥的数目和面积都与11年的太阳活动周有关,随黑子相对数而变化.但变化幅度没有黑子相对数那样大.
运动 日珥的运动很复杂,具有许多特徵.例如,在日珥不断地向上抛射或落下时,若干个节点的运动轨迹往往是一致的；当日珥离开太阳运动时,速度会不断增加,而这种加速是突发式的,在两次加速之间速度保持不变；在日珥节点突然加速时,亮度也会增加.对于这些现象还没有满意的解释.主要问题是：日珥的密度远大于日冕,但宁静日珥可长期存在于日冕中,既不坠落也不瓦解.是什么力量支撑和维持著它?活动日珥和爆发日珥的速度可高达每秒几百公里,动力从何而来?日珥运动往往突然加速,甚至宁静日珥会一下子转变为活动日珥,原因是什么?这些问题都有待于进一步研究.一般认为,除重力和气体压力外,电磁力在日珥运动中是一个重要因素.日珥运动状态的突变可能与磁场的变化有关.
光谱 通过光谱分析,可以测定日珥的物理参数和化学成分,了解日珥物质的激发和电离状态,建立日珥的结构模型,并研究太阳辐射(尤其是日冕的紫外线和X射线)对日珥的影响.
日珥的光谱包括许多条发射线和暗弱的连续光谱.在可见区,主要的发射线是氢的巴耳末系(从Hα 起,最多已看到约40条线),此外,还有氦以及钙、铁、镁、钛、锶等金属的谱线.利用不同元素的谱线宽度,可求得日珥的温度约为7,000K,湍流速度约4公里/秒.从巴耳末线的数目和谱线轮廓的分析,都可得出日珥的电子密度约为每立方厘米10个,日珥的物质密度也与此相近.
日珥发射线谱线展宽的主要原因是多普勒致宽和辐射阻尼；斯塔克效应的作用很小.巴耳末线的前几条以及钙的H、K等强线都受到自吸收的显著影响.日珥的连续光谱主要是从3646埃开始向短波方向延伸的巴耳末连续区.利用连续光谱的能量随波长的分布,也可以推算出日珥的温度和密度.
1973年5月发射的天空实验室,用特制的仪器在280～1350埃拍摄了大量的日珥和暗条光谱.在这个波段范围内的许多条发射线,有的(例如氢的赖曼系)来自日珥的低温(约10K)内核,有的(例如 CⅡλ1336埃和CⅢλ977埃)来自日珥与日冕之间的仲介层(温度约10K),除光波外,日珥狗⒊錾涞绮īo在毫米波段已经有观测记录.
磁场 表明日珥具有磁场的事实是：活动日珥的运动轨迹和环状日珥本身都很像磁力线；日珥是一团温度较低(约7,000K)的等离子体,却能在高温(约10K)的日冕中产生并长期存在,很可能是因为,具有隔热作用的磁力线严密地包围住日珥；日珥的物质密度比日冕高10～10倍,而能长期悬浮在日冕中不坠落和弥散,很可能是靠磁场来支持和维持的.从1960年开始,天文学家用太阳磁像仪测量日珥的磁场.结果表明,宁静日珥的磁场强度约为10高斯,而活动日珥可达200高斯.宁静日珥中的磁力线主要沿水平方向,活动日珥的磁场结构较为复杂,爆发日珥的磁力线大概是螺旋状的.
形成和演化 日珥的形成问题尚未解决.最难解释的是,大部分日珥在比它们稀薄得多的日冕中存在,常常在几乎是空无一物的日冕中突然浮现出日珥.计算表明,日冕的全部物质都不够凝聚成几个大日珥,因此,日珥的物质基本上来自色球层.近年来比较流行的日珥形成理论,认为日珥出现在日冕磁力线的马鞍形凹陷处(图2
按照这样的图像,日珥两侧磁力线的方向应当相反,即两边磁场的极性相反.这表示日珥位于局部磁场的中性线(见磁合并)上.观测表明,暗条一般都是极性相反的磁场区域的分界线.这是上述日珥模型的一个旁证.
日珥在演化过程中与其他活动现象密切相关.首先,许多日珥与太阳黑子有密切联系.这主要表现在活动日珥向黑子抛射物质,而黑子也通过冲浪向日珥补充物质.其次,耀斑产生的波动可引起日珥振动,并且所有的环状日珥都是耀斑爆发的产物.此外,相邻日珥也可能相互作用.(