突出日面邊緣的一種太陽活動現象。它們比太陽圓面暗弱得多,在一般情況下被日暈(即地球大氣所散射的太陽光)淹沒,不能直接看到。因此必須使用太陽分光儀、單色光觀測鏡等儀器,或者在日全食時才能觀測到。

  研究簡史 日全食時,用肉眼可以看見火紅色的日珥。1842年7月8日日全食的觀測,留下瞭最早的、明確的日珥觀測記錄。1860年7月18日日全食時拍攝瞭日珥的照片。1868年8月18日日全全食時,拍到日珥的光譜,確定日珥的主要成分是氫。此外,還在日珥光譜中發現一條波長為5876埃的黃線,但在當時實驗室裡從未見過這條譜線,遂把發出這種譜線的物質命名為Helium(氦),此字源於希臘語Helios(太陽),意即太陽元素。到1895年,才在實驗室裡提煉出氦。從二十世紀初期起,天文學傢用分光儀等儀器對日珥的光譜、物態、結構、運動、形成、演變等進行瞭大量的研究。近年來空間探測興起,在地球大氣層外拍得瞭日珥的紫外線和 X射線光譜。此外,還對日珥進行瞭射電觀測。

  形狀和分類 日珥的形狀變化萬千,有的象浮雲,有的似噴泉,還有圓環、拱橋、火舌、籬笆等形狀的。日珥的大小不一,一般說來,長約200,000公裡,高約30,000公裡,厚約5,000公裡。日珥主要存在於日冕中,但下部常與色球相連。日珥有很復雜的精細結構,一般由許多條細長的氣流組成。流線上有稱為節點的亮塊或亮點。

  根據形態和運動的特征,日珥可以分為若幹類型。已經提出幾種不同的日珥分類法,比較流行的是把日珥分成六大類:①活動日珥,②爆發日珥,③黑子日珥(出現在黑子群上空),④龍卷日珥(象龍卷風一樣,具有扭曲形狀),⑤寧靜日珥,⑥冕珥(從日冕空間發出的細流狀日珥)。每一大類又分為若幹小類。分類的界限並不絕對,例如,有的寧靜日珥可以突然轉變為活動日珥或爆發日珥。(見圖1)

籬笆狀寧靜日珥

懸浮狀活動日珥

黑子日珥

環狀爆發日珥

圖1 日珥

  分佈 日珥在太陽南、北兩半球不同緯度處都可能出現,但在每一半球都主要集中於兩個緯度區域,而以低緯度區為主。低緯區的日珥的分佈與黑子的分佈相似,按11年太陽活動周不斷漂移。在活動周開始時,日珥發生在30°~40°范圍內,然後逐漸移向赤道,在活動周結束時所處的緯度平均約為17°。這比黑子區域的平均緯度始終高10°左右。至於高緯度區,日珥大約在黑子極大期過去三年後才出現,一直存在到黑子極小期。高緯度區的日珥並不漂移,都在45°~50°范圍內。上述兩個區域的分界約在緯度40°處。

  日珥的數目和面積都與11年的太陽活動周有關,隨黑子相對數而變化。但變化幅度沒有黑子相對數那樣大。

  運動 日珥的運動很復雜,具有許多特征。例如,在日珥不斷地向上拋射或落下時,若幹個節點的運動軌跡往往是一致的;當日珥離開太陽運動時,速度會不斷增加,而這種加速是突發式的,在兩次加速之間速度保持不變;在日珥節點突然加速時,亮度也會增加。對於這些現象還沒有滿意的解釋。主要問題是:日珥的密度遠大於日冕,但寧靜日珥可長期存在於日冕中,既不墜落也不瓦解。是什麼力量支撐和維持著它?活動日珥和爆發日珥的速度可高達每秒幾百公裡,動力從何而來?日珥運動往往突然加速,甚至寧靜日珥會一下子轉變為活動日珥,原因是什麼?這些問題都有待於進一步研究。一般認為,除重力和氣體壓力外,電磁力在日珥運動中是一個重要因素。日珥運動狀態的突變可能與磁場的變化有關。

  光譜 通過光譜分析,可以測定日珥的物理參數和化學成分,瞭解日珥物質的激發和電離狀態,建立日珥的結構模型,並研究太陽輻射(尤其是日冕的紫外線和X射線)對日珥的影響。

  日珥的光譜包括許多條發射線和暗弱的連續光譜。在可見區,主要的發射線是氫的巴耳末系(從Hα起,最多已看到約40條線),此外,還有氦以及鈣、鐵、鎂、鈦、鍶等金屬的譜線。利用不同元素的譜線寬度,可求得日珥的溫度約為7,000K,湍流速度約4公裡/秒。從巴耳末線的數目和譜線輪廓的分析,都可得出日珥的電子密度約為每立方厘米1011個,日珥的物質密度也與此相近。

  日珥發射線譜線展寬的主要原因是多普勒致寬和輻射阻尼;斯塔克效應的作用很小。巴耳末線的前幾條以及鈣的H、K等強線都受到自吸收的顯著影響。日珥的連續光譜主要是從3646埃開始向短波方向延伸的巴耳末連續區。利用連續光譜的能量隨波長的分佈,也可以推算出日珥的溫度和密度。

  1973年5月發射的天空實驗室,用特制的儀器在280~1350埃拍攝瞭大量的日珥和暗條光譜。在這個波段范圍內的許多條發射線,有的(例如氫的賴曼系)來自日珥的低溫(約10-4K)內核,有的(例如 CⅡλ1336埃和CⅢλ977埃)來自日珥與日冕之間的中介層(溫度約105K)。除光波外,日珥還發出射電波,在毫米波段已經有觀測記錄。

  磁場 表明日珥具有磁場的事實是:①活動日珥的運動軌跡和環狀日珥本身都很象磁力線;②日珥是一團溫度較低(約7,000K)的等離子體,卻能在高溫(約106K)的日冕中產生並長期存在,很可能是因為,具有隔熱作用的磁力線嚴密地包圍住日珥;③日珥的物質密度比日冕高10310-4倍,而能長期懸浮在日冕中不墜落和彌散,很可能是靠磁場來支持和維持的。從1960年開始,天文學傢用太陽磁像儀測量日珥的磁場。結果表明,寧靜日珥的磁場強度約為10高斯,而活動日珥可達200高斯。寧靜日珥中的磁力線主要沿水平方向,活動日珥的磁場結構較為復雜,爆發日珥的磁力線大概是螺旋狀的。

  形成和演化 日珥的形成問題尚未解決。最難解釋的是,大部分日珥在比它們稀薄得多的日冕中存在,常常在幾乎是空無一物的日冕中突然浮現出日珥。計算表明,日冕的全部物質都不夠凝聚成幾個大日珥,因此,日珥的物質基本上來自色球層。近年來比較流行的日珥形成理論,認為日珥出現在日冕磁力線的馬鞍形凹陷處(圖2)。如果由於某種原因,日冕磁力線有局部的凹陷,這時與磁場“凍結”在一起的色球物質沿磁力線運動,會有一部分留存在這樣的“磁坑”內,由此形成日珥。從側面看(圖3),由於日珥物質所受的重力與洛倫茲力正好平衡,磁力線可以把日珥支撐住。

  按照這樣的圖像,日珥兩側磁力線的方向應當相反,即兩邊磁場的極性相反。這表示日珥位於局部磁場的中性線(見磁合並)上。觀測表明,暗條一般都是極性相反的磁場區域的分界線。這是上述日珥模型的一個旁證。

  日珥在演化過程中與其他活動現象密切相關。首先,許多日珥與太陽黑子有密切聯系。這主要表現在活動日珥向黑子拋射物質,而黑子也通過沖浪向日珥補充物質。其次,耀斑產生的波動可引起日珥振動,並且所有的環狀日珥都是耀斑爆發的產物。此外,相鄰日珥也可能相互作用。(見彩圖)

太陽紫外照片 從天空實驗室拍攝,左上方是一個高達40萬公裡的巨大日珥。 美國宇航局

1946年6月4日大爆發日珥的演變過程,左下圖的日珥已高達40萬公裡。 美國克拉麥克斯高山天文臺

  

參考書目

 E.Tandberg-Hanssen,Solar Prominences,D.Reidel Publ.Co.,Dordrecht,Holland,1974.