神奇的太阳大气层一一日冕

贾如丹

读了《太阳简史——一颗恒星的传记》和《通俗天文学——和宇宙的一场对话》，我很想和大家分享一些关于太阳的知识。

太阳是地球的生命之源，离开了它，我们地球上的动物和植物就会很快死亡。我们依赖它，但并不表示我们很了解它，比如，你知道太阳也有大气层吗？

人们平常会把太阳比作一个燃烧的大火球，其实更确切地说它是一个大气球，因为太阳质量的98.2% 是氢（78.5%）和氦（19.7%）。太阳中心的氢在高温高压的条件下不断地被挤压，发生核聚变反应后，氢就聚变为氦。几十亿年后，当这个过程结束时，太阳将成为红巨星，发生电影《流浪地球》里提到的“氦闪”，而后成为白矮星，白矮星存在的时间是非常漫长的，最终会成为黑矮星。那时，人类早已不复存在。

太阳的分层结构

和地球一样，太阳的结构也是分层的，最中心是等离子体组成的太阳核，太阳核的半径约占整个太阳半径的四分之一。太阳内部核聚变所释放的光子能量需要经历一个曲折的过程，花上万年的时间才能到达太阳表面。

太阳的表面包裹着数层气体，分别为光球层、色球层和日冕。顾名思义，光球层就是发光的部分，也是我们肉眼能看到的太阳最深处。光球层约有500千米厚，平均温度超过6000摄氏度，许多太阳表面活动，像米粒组织、太阳黑子都在这里发生。

太阳结构图

色球层位于光球层的上方，它就像是沸腾的光球层喷溅出来的物质，看起来呈橘色，平均厚度约为2000千米，温度在6000～20000摄氏度之间，由于它的密度比光球层小，发出的光仅为光球层的千分之一。

日冕是太阳最外面的大气层，它从色球层开始向外延伸达亿万千米，温度在100万～200万摄氏度之间，就像太阳的“冠冕”。

太阳的大气层——日冕

地球的大氣层和地面泾渭分明，太阳的大气层却不同，它和太阳的其他部分都是由等离子体组成，只是它更稀薄而已。由于太过稀薄，日冕平时会被太阳的万丈光芒掩盖，只有日全食时才能被看到。

日冕的形状与太阳黑子的数量有关，黑子高峰期时，日冕向各个方向展开的范围差不多大，呈向日葵状;黑子减少后，日冕从两极伸出向赤道弯曲，就像磁石周围的铁屑形状。有时，我们还能观测到一些环状“丝带”，那是被抛出来的扭缠的等离子体形成的日珥，它们的大小可以达到地球的几十甚至几百倍！偶尔，日冕层还会将大量的气体和能量抛到行星际空间，这种现象被称为“日冕物质抛射”。这些带电的粒子在巨大的能量推动下，朝着地球以及更远的行星奔去。

日全食食甚

冕仪观测到的物质抛射，中间是后期合成的太阳极紫外像

对日冕的观测和研究

想要观测日冕，我们可以抓住日全食发生的这一时机，此时太阳的主体被月球全部遮住，我们会看到黑色太阳周围的白光，那就是日冕。还有一个方法就是通过日冕仪观测。日冕仪的原理并不复杂，只要给望远镜的透镜上安装金属圆盘，阻挡来自光球层的光线即可。但由于太阳光的衍射和背景光的污染，日冕仪还需要许多精巧的设计以及良好的周围环境才能真正观测到日冕。

除此之外，NASA曾经发射多颗太阳观测卫星，例如2010年发射的太阳动力学天文台卫星，它每日都会拍摄太阳的照片，从这些照片中我们就能清晰地看到“日冕物质抛射”。

日冕在抛射物质时，给我们带来的不仅是视觉盛宴般的极光，还有磁场扰动导致的大面积停电，卫星、通信系统，以及航班也会受到很大影响。1989年3月13日凌晨，加拿大魁北克上空出现了巨大的磁场扰动，几百万千瓦的电因扰动瞬间“蒸发”，电力保护系统启动，各地陆续断网，人们在黑暗和无信号的环境中度过了9个小时，这就是著名的日冕物质抛射事件。

日冕物质抛射

我们虽然不能影响太阳的“喜怒”，但可以通过研究预测它的活动。比如，在1645—1715年间，黑子数量异常少，这时欧洲和北美洲的天气寒冷异常。科学家发现这并不是巧合，而是太阳黑子对地球气候产生了影响，黑子多则天气热，黑子少则天气冷。

观测日冕形状的变化还可以推测太阳表面气流的活动，如果发现日冕物质抛射，可以提前预报，飞机可以停运或改道来避开日冕物质，人们也可提前为停电做准备。

太阳黑子

为了更加深入地了解太阳，2018年8月12日，NASA发射了最新的帕克太阳探测器，探测器将飞进日冕层，进入1300多摄氏度的区域探寻能量如何在日冕中移动。帕克太阳探测器将进行太阳磁场、等离子体、高能粒子和太阳风成像这四个方面的研究。帕克太阳探测器预计通过七年的时间到达太阳，现在已经过去一年，大家再耐心等一等，相信“帕克”定会为我们带来丰富的太阳信息！

太阳是离我们最近的恒星，通过对太阳的研究，我们可以了解宇宙中的其他恒星，也可以获得更多对生命和环境的认识！