实践的基本特点包括 色球层 色球层-基本简介,色球层-结构特点

色球层(chromosphere)是太阳大气中间的一层,位于光球之上。

色球层_色球层 -基本简介


色球层

色球层(chromosphere)是太阳大气中间的一层,位于光球之上。平时,由于地球大气中的分子以及尘埃粒子散射了强烈的太阳辐射形成蓝天,色球和日冕完全淹没在蓝天之中。只有在日全食的食既到生光的短暂时间里,观测者才能用肉眼看到太阳圆面周围的这一层非常美丽的玫瑰红色的辉光。它是由早期的日全食观测者发现的,于1869年 [同治8年] 由洛基尔和弗兰克兰命名。红色是由于色球光谱中波长为6562. 8埃的氢线Ha在亮度上占绝对优势的缘故。这一层可见太阳耀斑。耀斑是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层。在光球层的某些区域,温度比周围稍低(通常是4000摄氏度),这便是黑子。

在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰,这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象,一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时,日珥的形状也可说是千姿百态,有的如浮云烟雾,有的似飞瀑喷泉,有的好似一弯拱桥,也有的酷似团团草丛,真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类。最为壮观的要属爆发日珥,本来宁静或活动的日珥,有时会突然"怒火冲天",把气体物质拼命往上抛射,然后回转着返回太阳表面,形成一个环状,所以又称环状日珥。

人们习惯地认为天体外层的温度总是低于内部。但是,在太阳大气层内却出现了温度的反常分布。在厚约2000公里的色球层内,温度从光球顶部的4600K增加到色球顶部的几百万度,而其它的一些物理参数 [如密度、电离度等] 和一些物理过程也发生了巨大的变化。因此,色球物理状况的研究,引起了太阳物理学家的很大兴趣。

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色球是一个充满磁场的等离子体层,在局部等离子体动能密度和磁能密度可相比拟时,能经常观测到等离子体和磁场之间复杂的相互作用。由于磁场的不稳定性,常常会产生剧烈的耀斑爆发,以及与耀斑共生的爆发日珥、冲浪、喷焰等许多动力学现象。耀斑爆发时,还发射大量的远紫外辐射、X射线辐射、高能粒子流,这些辐射对日地空间和地球高层大气影响很大。此外,色球和日冕中的等离子体、可变磁场以及由不稳定性引起的冲击波之间的相互作用,会产生大量不同频率的射电辐射,为色球、日冕物理性质和爆发现象的研究提供了重要信息。因此,色球的研究无论是对太阳物理还是对空间物理和地球物理,都有重要的意义。

早年,只能在日全食时观测到色球的侧面,研究色球的机会不多。自从1892年 [光绪18年] 海耳制成太阳单色光照相仪、1933年李奥创制双折射滤光器之后,情况就不同了。前者是用分光仪沿着太阳像扫描而成的一个特征谱线的单色像;后者滤去所有其它波段的辐射,而只让所研究的谱线的辐射透过,这样就能在几条特征谱线的窄波段内观测色球,从而得到各薄层气体的形态和运动特征。在日全食开始的短暂时间内,人们通过无缝摄谱仪可以发现:由暗的夫朗和费线和亮的连续谱所组成的吸收光谱 [光球光谱] ,快速地转变为发射光谱 [色球光谱] ,这种光谱通常称为闪光谱。

色球层_色球层 -结构特点


色球层表面

色球的结构是不均匀的,如果不考虑这种不均匀性,按照平均温度随高度的分布曲线来区分色球层次,可分为3层:
低色球层,厚约400公里,温度由光球顶部的4600K上升到5500K;

中色球层,厚约1200公里,温度缓慢上升到8000K;

高色球层,厚约400公里,温度急剧上升到几万度。

在大约2000公里范围内,温度增加了一个数量级。色球没有明显的边界,这也反应了色球本身的不均匀性。从色球中,时时喷射出细而明亮的流焰,称为针状物。这是意大利天体物理学家塞奇于1877年 [光绪3年] 首先描绘过的。

在利用色球谱线所拍得的太阳单色像中,与光球的超米粒组织引起的网络组织相对应的位置上,存在着多角形的网络链结构,称为色球网络。

在单色像中还常常可以看到由黑子向外的旋涡结构。这种结构中的纤维排列得非常整齐,类似于马蹄形磁铁周围的铁屑。这是高电导率的色球物质在黑子内沿着磁力线运动的结果,是黑子磁场磁力线的反映。

80年代,邓恩还发现了一种同色球网络和光球米粒组织相连的精细结构物细链。在离Ha线心+2 埃的单色光照片中,细链结构最明显。它是由大小约1/4角秒的亮点形成的亮链,在色球网络元集中的活动中心附近的下层最容易发现,可以把它看作是色球亮网络向下层的延伸。细链单个亮元的横向速度是每秒1.5公里。细链的寿命和演化特征还不清楚。

根据谱线的形成和致宽理论,不同谱线或同一谱线轮廓上的不同部位,是在太阳大气的不同高度形成的,所以研究不同元素的谱线或同一谱线轮廓上的不同部位,可以获得一些重要的信息,并有助于探求和建立光球、色球大气模型。常用的谱线有:巴尔末系、电离钙的H、K线和中性铁、钠、镁、钙的线系等,它们都是在低色球层和高光球层中形成的。

色球层_色球层 -产生现象


色球层和日珥

日珥:在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰,这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象,一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时,日珥的形状也可说是千姿百态,有的如浮云烟雾,有的似飞瀑喷泉,有的好似一弯拱桥,有的酷似团团草丛,有的像脱兔,有的如飞鸟,,这里可以算得上是太阳最壮丽的景色了。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类。最为壮观的要属爆发日珥,本来宁静或活动的日珥,有时会突然"怒火冲天",把气体物质拼命往上抛射,然后回转着返回太阳表面,形成一个环状,所以又称环状日珥。在色球层的边缘常常突然串升的日珥,,高度达到几万公里,其温度高达1百万度,高度有时达几十个太阳半径。

日珥是非常奇特的太阳活动现象,其温度在5000~8000K之间,大多数日珥物质升到一定高度后,慢慢地降落到日面上,但也有一些日珥物质漂浮在温度高达200万K的日冕低层,即不附落,也不瓦解,就像炉火熊熊的炼钢炉内居然有一块不化的冰一样奇怪,而且,日珥物质的密度比日冕高出1000~10000倍,两者居然能共存几个月,实在令人费解。

耀斑:太阳色球层有些局部亮区域,我们称它为谱斑。它处于太阳黑子的正上方。有时谱斑亮度会突然增强,这就是我们通常说的耀斑。耀斑是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层。耀斑释放的能量极其巨大。其巨大的能量来自磁场。太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是,日面上(常在黑子群上空)突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,下降较慢。特别是在太阳活动峰年,耀斑出现频繁且强度变强。

别看它只是一个亮点,一旦出现,简直是一次惊天动地的大爆发。这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸;而一次较大的耀斑爆发,在一二十分钟内可释放1026焦耳的巨大能量,

除了日面局部突然增亮的现象外,耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强;耀斑所发射的辐射种类繁多,除可见光外,有紫外线、X射线和伽玛射线,有红外线和射电辐射,还有冲击波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线。1973年12月一个巨大的日珥跨越日面588000km

耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴。

此外,耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑迷宫的奥秘。

传说,第二次世界大战时,有一天,德国前线战事吃紧,后方德军司令部报务员布鲁克正在繁忙地操纵无线电台,传达命令。突然,耳机里的声音没有了。他检查机器,电台完整无损;拨动旋钮,改变频率,仍然无济于事。结果,前线推动联系,像群龙无首似的陷入一片混乱,战役以失败而告终。布鲁克因此受到军事法庭判处死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!” 后来查清,这次无线电中断,“罪魁祸首”是耀斑。布鲁克的死,实在冤枉。他的死,在于人们当时对耀斑还不了解。

光斑:不仅出现在光球层上,色球层上也有它活动的场所。当它在色球层上“表演”时,活动的位置与在光球层上露面时大致吻合。不过,出现在色球层上的不叫“光斑”,而叫“谱斑”。实际上,光斑与谱斑是同一个整体,只是因为它们的“住所”高度不同而已,这就好比是一幢楼房,光斑住在楼下,谱斑住在楼上。

色球层_色球层 -色球模型


色球层和日冕虽在太阳光球的外面,却有比光球更高的温度

用波长小于3厘米的射电辐射、波长约1毫米的红外辐射、紫外连续谱可以建立低色球层的大气模型。然后通过巴尔末系连续谱和4700埃处的电子散射连续谱的分析,把低色球模型扩展到中色球层。近年来,火箭和人造卫星的观测取得的大量紫外发射线资料,又提供了有关中色球层、高色球层和日冕结构以及活动区结构的宝贵信息。 虽然,光球米粒组织、谱斑、以及针状物的存在都表明了光球和色球在结构上的不均匀性,但是,假设物理条件在任何平行于太阳表面的平面内都是均匀的,即所谓“均匀大气模型”,对许多实际研究工作是很重要的。目前比较通用的是金格里奇等人在前人的基础上绘出的哈佛-史密森参考大气模型。

色球能向上延伸到如此之高,而且长期稳定地维持这样慢的密度递减规律,是因为从光球到色球之间存在着湍流运动。1928年英国的麦克雷首先证明,在2000-4000公里高度之间,只要具有每秒15公里的气体湍流运动,就可以推导出和观测数据接近的色球中密度递减规律。这种湍流运动的机械能,使色球不致在它本身的重力作用下落向太阳。

色球层_色球层 -最大看点



日全食期间拍摄的太阳色球层

色球层。在日全食阶段,非常明亮的光球被遮挡了,相对来讲暗弱的色球就会被看到。色球本身是玫瑰色,非常漂亮,它仅仅在食际阶段和生光阶段前后十几秒之内可以看到。平常我们是没有机会看到色球层的,除非使用日珥镜等昂贵的设备。

  

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