日冕（天文学术语）

日冕

天文学术语

日冕是太阳大气的最外层（其内部分别为色球层和光球层），厚度达到几百万公里以上。日冕温度有100万摄氏度，粒子数密度为1015m3。在高温下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。日冕只有在日全食时才能看到，其形状随太阳活动大小而变化。在太阳活动极大年，日冕的形状接近圆形，而在太阳活动极小年则呈椭圆形。

概述

太阳表面温度约6000摄氏度，而日冕(太阳大气最外层)可达上百万摄氏度。在高温下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚，射向太阳的外围，形成太阳风，日冕发出的光比色球层的还要弱。

内冕从色球顶部延伸到1.3倍太阳半径处；中冕从1.3倍太阳半径到2.3倍太阳半径，也有人把2.3倍太阳半径以内统称内冕。大于2.3倍太阳半径处称为外冕（以上距离均从日心算起）。广义的日冕可包括地球轨道以内的范围。

日冕只有在日全食时或使用日冕望远镜才能看到，其形状随太阳活动大小而变化。在太阳活动极大年，日冕的形状接近圆形，而在太阳活动极小年则呈椭圆形。

通过X射线或远紫外线照片，可以看到日冕中有大片不规则的暗黑区域，这称为冕洞。

组成

日冕是太阳大气的最外层，从色球边缘向外延伸到几个太阳半径处，甚至更远。分内冕、中冕和外冕，内冕只延伸到离太阳表面约0.3R嫯处；外冕则可达到几个R嫯，甚至更远。日冕由很稀薄的完全电离的等离子体组成，其中主要是质子、高度电离的离子和高速的自由电子。

日冕可分为内冕、中冕和外冕3层。内冕从色球顶部延伸到1.3倍太阳半径处；中冕从1.3倍太阳半径到2.3倍太阳半径，也有人把2.3倍太阳半径以内统称内冕。大于2.3倍太阳半径处称为外冕（以上距离均从日心算起）。广义的日冕可包括地球轨道以内的范围。

日冕温度有100万摄氏度，粒子数密度为1015m-3。在高温下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚，射向太阳的外围。形成太阳风。日冕发出的光比色球层的还要弱。

日冕主要由高速自由电子、质子及高度电离的离子(等离子体)组成。其物质密度小于2×10-12千克/米3，温度高达1.5×106～2.5×106K。由于日冕的高温低密度，使它的辐射很弱且处于非局部热动平衡状态，除了可见光辐射外，还有射电辐射，X射线，紫外、远紫外辐射和高度电离的离子的发射线(即日冕禁线)。

白光日冕有3个分量：① K冕。在 2.3太阳半径以内，由自由电子散射光球的连续光谱。②F冕。在2.3太阳半径以外，起源于黄道面内行星际尘埃粒子散射光球的光，它的光谱中有夫琅和费线，F冕又称为“内黄道光”。③ E冕。又称L冕，是日冕气体离子发射线的光。日冕的磁场强度约1/10000～1/100特斯拉，随距日面距离的增加而减小。

变化特征

日冕只有在日全食时才能看到，其形状随太阳活动大小而变化。在太阳活动极大年，日冕的形状接近圆形，而在太阳活动极小年则呈椭圆形。通过X射线或远紫外线照片，可以看到日冕中有大片不规则的暗黑区域，这称为冕洞。

日冕辐射的波段范围很广，从X射线、可见光到波长很长的射电波，因此必须采用不同的仪器进行观测。在1931年发明日冕仪以前，人们只能在日全食时观测到日冕，因为它的亮度仅为光球的百万分之一左右，约相当于满月的亮度。在平时地面上大气的散射光和观测仪器的散射光，会大大超过日冕本身的亮度而将它淹没。

扰动

日冕或其中某一部分在短时间内会出现扰动，这种扰动表现为在几秒到一小时内对物质运动、粒子加速、日冕密度和温度变化的影响。日冕扰动可分三类：①长期扰动，时间为几天到几个月，表现为日冕结构的变化被大尺度光球磁场的变化所控制。长期扰动控制着太阳风和行星际磁场。②快速扰动，时间从几分钟到几小时。表现为可见光、射电连续辐射和软X射线辐射的增强。快速扰动引起强烈的行星际激波。③脉冲扰动，时间在几秒以下。表现为射电爆发和硬X射线爆发。有这种扰动时，发生粒子加速过程和非热辐射（见太阳射电爆发和太阳脉冲式硬X射线爆发）。

太阳大气的温度具有反常的分布，即从光球的5770K慢慢降到光球顶部(光球与色球交界处)的4600K，然后缓慢上升到光球之上约2000公里处的几万度，再向上延伸约1000公里形成了色球-日冕过渡层，温度陡升至几十万度，到达低日冕区已是百万度以上的高温区了。

太阳活动

 2011年11月3日太阳表面喷射出一个巨大的耀斑，达到X1.9级，是有史以来观测到的规模最大的太阳风暴之一，此次太阳耀斑观测到的一个巨型太阳黑子爆发后出现。这一次的太阳黑子同样是近年来观测到的最大黑子之一，此次太阳耀斑能量巨大，大约45分钟后，地球上的通讯受到干扰，太阳耀斑开始于格林威治标准时间晚上8点27分，将对地球上的部分无线电通讯造成干扰。

辐射

日冕的辐射是在非局部热动平衡状态下产生的，有以下几种情况：①日冕气体中的自由电子散射光球辐射，即白光日冕。②电子在热运动中同质子、α 粒子以及各种重离子碰撞时，产生轫致辐射。③处于亚稳态的离子的禁戒跃迁，是日冕禁线的来源。④当电子在磁场中运动时，产生回旋加速辐射或同步加速辐射。这种过程对于产生日冕的较长波长（如射电波）的辐射是相当重要的。⑤在日冕等离子体的静电振荡和阿尔文波等过程中也产生辐射。　日冕的可见光波段的连续辐射是日冕物质散射光球的连续辐射的结果，因而日冕连续光谱的能量分布与光球很相似。白光日冕的光可分为:K日冕、F日冕、E日冕（有时称L日冕）。太阳光谱的远紫外线和X射线主要是在日冕中产生的。光球温度较低，在这两个波段的辐射远没有日冕强。为了不受光球辐射的干扰，常用远紫外线及X射线这两个波段来拍日冕像。图4表示用X射线拍到的日冕像。把可见波段的单色像同远紫外线和X射线等单色像作比较，便可研究太阳大气不同层次的物理状态（见太阳单色像）。

射电辐射

宁静日冕射电辐射在一些方面与日冕X射线相类似，二者虽然只占太阳总辐射能的很小部分，却能提供相当数量的信息。对于X射线有很大意义的轫致辐射，对射电谱也很重要;用射电波与X射线一样能直接观测日冕的射电辐射而不受光球辐射的干扰。通过光谱分析得出日冕的e="3"<日冕的电子密度和运动温度。

热导率粒子速度

日冕的热导率十分高,粒子速度很大,这就使得日冕处于近似等温状态。总结不同学者的研究结果，可知日冕温度约1.5×106K，太阳活动极大时可达2.5×106K，在远离太阳的区域温度缓慢下降。通过太阳射电观测，也得到同样的数值。

温度

日冕的温度非常高，可达200万度。令人不可思议的是，离太阳中心最近的光球，温度是几千度。稍远些的色球，温度从上万度到几万度。而距离太阳中心最远的日冕，温度竟然高达百万度。这一反常的现象意味着什么，科学家们还未找到合理的解释。

冕的温度很高，其数值达百万数量级，这并非臆想，而是以日冕发射的高能量X射线为依据的。不过，这种超高温仅仅集中在日冕的个别原子中。而且这些原子广泛分布于整个日冕中，其热量总和并非高。

观测表明，太阳大气的温度具有反常的分布，即从光球的5,770K慢慢降到光球顶部(光球与色球交界处)的4,600K，然后缓慢上升到光球之上约2,000公里处的几万度，再向上延伸约1,000公里形成了色球-日冕过渡层，温度陡升至几十万度，到达低日冕区已是百万度以上的高温区了。究竟是什么原因造成这种反常增温，仍是太阳物理学中多年来未解决的最重要问题之一。在过去数十年中对过渡层和日冕反常高温的原因进行了许多研究。声波加热机制、激波加热机制、阿尔文波加热机制、波与粒子的非共振湍动加热机制都曾被提出过，但是这方面的理论研究仍处于探索阶段。

磁场扰动

从磁流体力学观点来看，太阳大气中的磁场应是一个统一的整体，即日冕磁场同光球磁场和色球磁场是密切相关的。在日冕照片上所看到的日冕大尺度非均匀结构：冕流、极羽、凝聚区和盔状物等大多是日冕磁场的不均匀分布引起的。例如，两极的羽状物很像磁石两极附近的铁屑花样， 这曾被用来推算日冕的偶极场。但是，与光球场和色球场不同，由于观测上的困难，很难由测量谱线的塞曼裂距直接求出日冕的磁场（见塞曼效应），因而只能用间接的观测方法或理论计算来求。

如今广泛采用由光球磁场计算日冕磁场的方法，因为光球磁场可以比较准确地测定，而且每天都有记录。假设低日冕区磁场是无力场，并且是无电流场，利用观测的光球磁场资料作为边界条件来解无电流场方程，就可得到日冕磁场的强度和方向。1968年纽科克等首先进行这方面的研究，他们把计算出来的日冕磁场结构与日冕的形状作比较，结果相当满意。研究结果表明，日冕的磁场强度在1～100高斯范围内，随距日面的距离的增大而减小。在一个天文单位处由空间直接测量得的行星际磁场平均约为5×10-5高斯，具有阿基米德螺旋线的磁结构。在太阳活动强烈时，与活动客体共生的日冕局部磁场的强度要大得多，这时行星际磁场的强度也有较大的增加。日冕磁场结构有两种：一种是封闭式的场结构，其对应的光学结构是盔状冕流；另一种是开放式结构，其对应物是冕洞。而与耀斑共生的局部扰动区域，则常常是部分开放、部分封闭的场结构。

日冕或其中某一部分在短时间内会出现扰动，这种扰动表现为在几秒到一小时内对物质运动、粒子加速、日冕密度和温度变化的影响。日冕扰动可分三类：①长期扰动，时间为几天到几个月，表现为日冕结构的变化被大尺度光球磁场的变化所控制。长期扰动控制着太阳风和行星际磁场。②快速扰动，时间从几分钟到几小时。表现为可见光、射电连续辐射和软X射线辐射的增强。快速扰动引起强烈的行星际激波。③脉冲扰动，时间在几秒以下。表现为射电爆发和硬 X射线爆发。有这种扰动时，发生粒子加速过程和非热辐射（见太阳射电爆发和太阳脉冲式硬X射线爆发）。

参考资料

1.太阳大气最外层的日冕是怎么形成的？·第一星座网

2.日冕百万度高温之谜·未解之谜网