15.3: 光圈上方的太阳活动
- Page ID
- 203209
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)学习目标
在本节结束时，您将能够：
- 描述太阳活动周期表现的各种方式，包括耀斑、日冕物质抛射、突出物和海滩
太阳黑子并不是太阳周期中唯一不同的特征。 染色圈和日冕也发生了巨大变化。 要了解染色圈中会发生什么，我们必须观察氢气和钙等元素的发射线，这些元素在该层的温度下会发出有用的光谱线。 另一方面，可以通过观测X射线、极紫外线和其他高能波长来研究热日冕。
平台和突出物
正如我们所看到的，氢气和钙的发射线是在染色圈的热气中产生的。 天文学家通常通过滤镜拍摄太阳，这些滤镜仅以与这些发射线相对应的波长传输光。 通过这些特殊滤镜拍摄的照片显示黑子周围染色圈中有明亮的 “云”；这些明亮的区域被称为海滩（图\(\PageIndex{1}\)）。 这些区域是染色圈内温度和密度比周围环境更高的区域。 海滩实际上含有太阳中的所有元素，而不仅仅是氢气和钙。 碰巧这些云产生的氢气和钙的光谱线明亮且易于观察。
在太阳大气层向上移动，我们会看到被称为突出物（图\(\PageIndex{2}\)）的壮观现象，它们通常起源于黑子附近。 Eclipse 观察者经常将突出物看作是红色特征升起在黯然失色的太阳上方并到达日冕的高处。 有些是静态的突出物，是优雅的等离子体循环（电离气体），可以在数小时甚至数天内保持近乎稳定。 相对罕见的喷发突出物似乎会将物质高速向上送入日冕，而最活跃的浪涌突出物可能以每秒 1300 千米（近每小时 300 万英里）的速度移动。 一些喷发的突出物已经达到了光圈上方超过100万公里的高度；地球将完全消失在其中一个很棒的显示器中（图\(\PageIndex{2}\)）。
耀斑和日冕物质抛射
太阳表面最猛烈的事件是称为太阳耀斑的快速喷发（图\(\PageIndex{3}\)）。 一枚典型的照明弹持续 5 到 10 分钟，释放的总能量相当于大概一百万枚氢弹的能量。 最大的火炬持续数小时，并释放出足够的能量，以目前的电力消耗率为整个美国供电 10 万年。 在黑子最大值附近，小耀斑每天发生几次，重大耀斑可能每隔几周发生一次。
耀斑，如图所示\(\PageIndex{4}\)，通常是在氢气的红光下观察到的，但可见光发射只是太阳耀斑爆炸时释放的能量的一小部分。 爆炸发生时，与耀斑相关的物质被加热到高达1,000万K的温度。在如此高的温度下，会发出大量的X射线和紫外线辐射。
当指向相反方向的磁场通过相互作用和相互摧毁而释放能量时，似乎就会发生耀斑，就像拉伸的橡皮筋在断裂时释放能量一样。
耀斑的不同之处在于，它们的磁相互作用在日冕中覆盖了大量的体积并释放了大量的电磁辐射。 在某些情况下，大量的日冕物质（主要是质子和电子）也可能以高速（每秒500—1000千米）喷射到行星际空间。 这种日冕物质抛射（CME）可以通过多种方式影响地球（我们将在太空天气部分中对此进行讨论）。
查看太阳动力学天文台记录的日冕物质抛射情况。
活跃区域
为了将最后两个部分的讨论汇总在一起，天文学家现在意识到，染色圈和日冕中的黑子、耀斑和明亮区域往往在时空上同时出现在太阳上。 也就是说，它们往往具有相似的经度和纬度，但它们位于大气中的不同高度。 因为它们一起出现，所以它们会随着黑子周期的变化而变化。
例如，耀斑更有可能发生在黑子最大值附近，而当时的日冕要明显得多（见图\(\PageIndex{5}\)）。 太阳上可以看到许多此类现象的地方称为活跃区域（图\(\PageIndex{6}\)）。 正如你可能从我们之前的讨论中推断出的那样，活跃区域总是与强磁场有关。
关键概念和摘要
太阳活动更激烈的迹象、黑子数量的增加以及突出物、海滩、太阳耀斑和日冕物质抛射的迹象都往往出现在活跃区域，也就是说，在太阳上纬度和经度相同但大气高度不同的地方。 活跃区域随太阳周期而变化，就像黑子一样。
词汇表
- 活跃区域
- 太阳上磁场集中的区域；黑子、突出物、耀斑和 CME 都倾向于出现在活跃区域
- 日冕物质抛射 (CME)
- 一种太阳耀斑，其中大量日冕物质（主要是质子和电子）以高速（每秒 500—1000 千米）喷射到行星际空间
- 海滩
- 在某条光谱线的光照下观测到的太阳表面的明亮区域
- 突出物
- 一个大而明亮的气态特征，出现在太阳表面上方并延伸到日冕中
- 太阳耀斑
- 来自太阳表面延伸区域的电磁辐射突然暂时爆发