日珥(天文現象)

在日全食時，太陽的周圍鑲著一個紅色的環圈，上面跳動著鮮紅的火舌，這種火舌狀物體就叫做日珥，日珥是在太陽的色球層上產生的一種非常強烈的太陽活動，是太陽活動的標誌之一。

日珥是通常發生在色球層的，它像是太陽面的“耳環"一樣。大的日珥高於日面幾十萬千米，還有無數被稱為針狀體的高溫等離子小日珥，針狀體高9000多千米，寬約1000千米，平均壽命5分鐘。

基本介紹

• 中文名：日珥
• 外文名：Prominences
• 屬性：太陽色球層發生的一種太陽活動
• 特點：溫度高，能量集中爆發
• 學科：天文，太陽

簡介

太陽大氣層里的巨大氣體雲，比其環繞物濃厚且冷，通常用分光鏡就可看見。它們如同火焰般突出在太陽邊緣。在結構上，它們顯示出巨大的差異。靜止日珥在太陽高緯度處可延續數月，典型的可達40000千米高、200000千米長。活動日珥相對來說存在時間較短，並且可在幾分鐘內改變形狀。

別名

日珥是日暈的一種。一般指完整日暈外側的小段暈弧。

【別名】

冠珥 《周禮·春官·眂祲》：“四曰監”漢·鄭玄註：“監冠珥也。”唐·賈公彥疏：“雲‘監冠珥也’者，謂有赤雲氣在日旁如冠耳。珥即耳也，今人猶謂之日珥。”《晉書·天文志中》：“冠珥背璚，重疊次序，在於日旁也。”

冠冕 唐·韓偓《登南神光寺塔院》詩：“日宮紫氣生冠冕，試望扶桑病眼開。”

研究歷史

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，留下了最早的、明確的日珥觀測記錄。1860年7月 18日日全食時拍攝了日珥的照片。1868年8月18日日全食時，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，但在當時實驗室里從未見過這條譜線，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，才在實驗室里提煉出氦。從二十世紀初期起，天文學家用分光儀等儀器對日珥的光譜、物態、結構、運動、形成、演變等進行了大量的研究。如今空間探測興起，在地球大氣層外拍得了日珥的紫外線和X射線光譜。此外，還對日珥進行了射電觀測。

日珥

特徵

日珥是突出在日面邊緣外面色球層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。日珥出現時，大氣層的色球酷似燃燒著的草原，玫瑰紅色的舌狀氣體如烈火升騰，形狀千姿百態，有的如浮雲，有的似拱橋，有的像噴泉，有的酷似團團草叢，有的美如節日禮花，而整體看來它們的形狀恰似貼附在太陽邊緣的耳環，由此得名為“日珥”。

日珥

日珥的爆發最為壯觀，爆發前是一團密密實實的“冷氣團”，溫度只有7000℃，懸浮在100萬℃的日冕中。日珥在大小、形狀和運動方面差別很大，而且有活動日珥和寧靜日珥兩種主要類型。活動日珥快速噴發，持續幾分鐘至幾小時。活動日珥和黑子群有關，而且同黑子群一樣，在數量和活動上都同太陽活動周期緊密相關。寧靜日珥噴發平緩，減退更慢，可延續幾個月。

形成原因

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。如今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,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。

分類

按運動情況來看，日珥可分為爆發型、寧靜型和活動型這樣三大類。如果細分下去可以分為十幾類。寧靜日珥，在觀測時間內似乎是不動的，而活動日珥，則老在不停地變化著。它們從太陽表面噴出來，沿著弧形路線，又慢慢地落回到太陽表面上。但有的日珥噴得很快、很高，它的物質沒有落回日面，而是拋射入宇宙空間了，爆發日珥的高度可以達到幾十萬千米。1938年爆發的一個最大日珥，頃刻間上升到157萬千米的高空，而地球的直徑不過1.3萬千米。

日珥的分類方式主要有兩種：

第一種

分類根據形態和運動的特徵，日珥可以分為若干類型。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：

1999年日全食期間拍到的日珥

①活動日珥,

②爆發日珥,

③黑子日珥（出現在黑子群上空），

④龍捲日珥（象龍捲風一樣，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）。每一大類又分為若干小類。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。

第二種

日珥分為寧靜的、活動的以及爆發的三大類。顧名思義，寧靜日珥比起另外兩種日珥來，顯然不夠活躍，變化比較緩慢，一般能夠在日面存活幾天時間，因此能夠經常看到寧靜日珥。有時寧靜日珥甚至可以形狀絲毫不變地在日冕中存在數月之久，這簡直令人不可思議。日珥的物質密度比日冕高几千倍甚至上萬倍，它們的確是色球層里的物質。日冕的溫度高達100萬～200萬K，是什麼原因使得溫度大約7000K的日珥能在如此高溫狀態下長期存在呢？它們是怎樣產生的？如今這還是一個尚未解決的問題。有很多天文學家都認為是太陽磁場和日珥磁場的作用，導致了日珥的產生和存在。但是，具體的細節，還需要進一步的探討。

活動日珥比寧靜日珥活躍得多，總在不停地變化。它們像噴泉一樣，從太陽表面噴出很高，又沿著弧形軌跡慢慢地落回到太陽表面。也有的日珥噴得很快很高，它的物質不再落回到日面，而是拋入宇宙空間了。

最壯觀的還數爆發日珥。爆發日珥發生的時候，以每秒700多千米的高速將物質噴發到日冕中，高度達幾十萬甚至上百萬千米，蔚為壯觀。天文學家觀測到的一次最大的爆發日珥，上升高度竟然高達157萬千米，太陽的直徑為139萬千米，比太陽直徑還高。

日珥運動

日珥的運動很複雜，具有許多特徵。例如，在日珥不斷地向上拋射或落下時，若干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，而這種加速是突髮式的，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里，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。

日珥

分布

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。低緯區的日珥的分布與黑子的分布相似，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°範圍內，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°範圍內。上述兩個區域的分界約在緯度40°處。

1992年日全食期間拍到的日珥

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。

日珥的上升高度約幾萬公里，大的日珥可高於日面幾十萬公里，一般長約20萬公里，個別的可達150萬公里。日珥的亮度要比太陽光球層暗弱得多，所以平時不能用肉眼觀測到它，只有在日全食時才能直接看到。

日珥是非常奇特的太陽活動現象，其溫度在5000～8000K之間，大多數日珥物質升到一定高度後，慢慢地降落到日面上，但也有一些日珥物質漂浮在溫度高達200萬K的日冕低層，既不附落，也不瓦解，就像爐火熊熊的煉鋼爐內居然有一塊不化的冰一樣奇怪，而且，日珥物質的密度比日冕高出1000～10000倍，兩者居然能共存幾個月，實在令人費解。

光譜

通過光譜分析，可以測定日珥的物理參數和化學成分，了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線（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公里/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都卜勒致寬和輻射阻尼；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布，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，用特製的儀器在280～1350埃拍攝了大量的日珥和暗條光譜。在這個波段範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)核心,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105萬K)。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)的電漿，卻能在高溫(約106萬K)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1000～10000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，天文學家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複雜，爆發日珥的磁力線大概是螺旋狀的。

觀測

有幸看見過日全食的人，一定還記得那短暫而又壯麗的景色。太陽完全被月球遮住了，“黑夜”突然來臨。在那個“黑太陽”的周圍，鑲著一個紅色的光環，美麗極了，這就是太陽的色球層。天文學家形容太陽色球層像是“燃燒著的草原”，或者說它是“火的海洋”，那上面許多細小的火舌在不停地跳動著，不時的還有一束束火柱竄起來很高，這些竄得很高的火柱就叫做“日珥”。

日珥是太陽色球層上一種經常性的而且十分美麗壯觀的活動現象。日全食難得一見，怎么樣才能在平時也能觀察色球研究日珥呢？天文學家利用日全食的機會，通過對太陽色球閃光光譜的觀測，發現太陽色球層有幾種特有的很強的輻射。最強的一種輻射是氫原子發射的波長為656.28納米的紅色光，簡稱色球的Hα譜線輻射。其次還有電離鈣發射的波長為393.37納米的深紫色光，簡稱K譜線，還有波長為396.85納米的H譜線等。而太陽光球層的溫度比色球層低，光球在這幾個波長處的輻射幾乎為零。天文學家利用色球層的這一特點，製造出色球望遠鏡。他們將只允許656.28納米波長透過的濾光器（也叫Hα濾光器）安裝在太陽望遠鏡的後部，這樣，在望遠鏡的目鏡里就看見了紅色的太陽色球，好像一個熊熊燃燒的大火球，一個個鮮紅的火舌在上面跳動，非常美麗壯觀。因此太陽色球也叫Hα色球或者叫氫色球。

有了色球望遠鏡，天文學家就可以隨時對太陽色球和日珥進行觀察和拍照了。日珥綽約多姿，變化萬千，有的像浮雲，有的像噴泉，有的像籬笆，還有的似圓環、彩虹、拱橋，等等。日珥的大小不一樣，一般高約幾萬千米；大大超過了色球層的厚度，因此，日珥主要存在於日冕層當中。通過對日珥光譜的分析和研究，已經知道它們的溫度大約7000K。

觀察過日珥的人可能會發現，日珥都出現在日面的邊緣。可並不是日珥僅僅出現在日面邊緣。發生在日面當中的日珥，由於與背景為同一種顏色，所以我們看不出它們的存在。但是，我們可以看見它們在日面上的投影，是一些暗黑的條狀物，叫做暗條。當這些暗條隨著太陽的自轉到達日面的邊緣時，我們就能看見這些日珥了。

2013年

2013年，NASA太陽動力學天文台觀測到太陽表面出現的巨大日珥，探測器拍攝到太陽日珥的情景，在太陽磁場線的作用下，此類強大的爆發可“懸停”在太陽表面數天甚至是數周。

2015年

2月9日太陽出現了有記錄以來最長暗條，長度超過100萬公里，比太陽半徑還長。

2015年拍攝的日珥

這個暗條實際上是懸浮在太陽磁場中的熾熱氣體，如果暗條出現在太陽側邊，就成了高聳的日珥。暗條通常持續數小時到數天，截止2015年2月13日仍然存在。

日珥出現後，科學家正在追蹤這不同尋常的結構，部分暗條可能隨時都會崩塌或爆發，將會對地球產生影響。

太陽風暴發生時會向周圍空間輸出三種影響：電磁輻射直接影響地球向日面的大氣層和電離層，對短波通訊造成干擾；耀斑爆發噴射出的大量高能粒子，會危及宇宙飛行器內的太空人和儀器的安全；日冕物質拋射，則會引起地球強烈的磁場變化，屆時地表電網可能過熱，航空運輸可能中斷，衛星導航可能失去功能。