冕洞

冕洞是用X射線或遠(yuǎn)紫外線拍下的日冕照片上可以觀察到的在日冕中存在的大片不規(guī)則的暗黑區(qū)域。冕洞是日冕中氣體比較稀薄的區(qū)域。這些冕洞也是從太陽(yáng)噴射出來(lái)的高速太陽(yáng)風(fēng)粒子的來(lái)源,這種高速太陽(yáng)風(fēng)粒子的速度要比普通太陽(yáng)風(fēng)粒子的速度高3倍,會(huì)對(duì)在軌運(yùn)行的衛(wèi)星等空間設(shè)備產(chǎn)生影響。

1950年,瑞士天文學(xué)家瓦德邁爾從日冕儀觀測(cè)的太陽(yáng)圖象中,首先發(fā)現(xiàn)日冕中有些暗黑的區(qū)域,他把這種區(qū)域叫做“洞”,后來(lái)天文學(xué)家把這些“洞”定名為“冕洞”。
1964年,在火箭上拍攝到X射線的冕洞照片;
1967年,軌道太陽(yáng)觀測(cè)臺(tái)4號(hào)利用遠(yuǎn)紫外線觀測(cè)到冕洞;
1972年,坎杜等在射電波段也觀測(cè)到冕洞;
1975年,博林等利用SKYLAB拍攝的HeII304單色照片,繪制了冕洞邊界的綜合圖集;同一時(shí)期,諾爾第等用天空實(shí)驗(yàn)室得到的軟X射線資料編制了另一部圖集。這2部圖集有較好的一致性,為研究冕洞的分布和性質(zhì)提供了豐富的素材。
冕洞大體分為三種:
極區(qū)冕洞,位于兩極區(qū),常年都有;
孤立冕洞,位于低緯區(qū),一般面積較小;
延伸冕洞,向南北延伸,從北極區(qū)向南延伸至南緯20°左右或由南極區(qū)向北延伸至北緯20°左右,且同極區(qū)冕洞相接,面積較大。
冕洞是太陽(yáng)大氣中一種壽命較長(zhǎng)的現(xiàn)象,但并非永久存在,尤其是兩極地區(qū)之外的冕洞。它們有生有滅,小冕洞也許只存在一個(gè)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周期,即約27天;稍大的平均壽命為五、六個(gè)太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周期,最長(zhǎng)的可在10個(gè)周期以上。至于冕洞的產(chǎn)生、擴(kuò)大、縮小和消亡等問(wèn)題,目前仍在探索和研究中。
在天空實(shí)驗(yàn)室飛行期間(太陽(yáng)活動(dòng)下降期),太陽(yáng)表面覆蓋18-19%的冕洞。有趣的是,兩極冕洞面積的總和是相當(dāng)穩(wěn)定的,若一極的冕洞變大,另一極的便縮小,而總面積基本上保持不變。
冕洞是太陽(yáng)上一種比較穩(wěn)定的現(xiàn)象,其面積增長(zhǎng)率和衰減率相同,為每秒1.1-1.9萬(wàn)平方公里。
冕洞相對(duì)于太陽(yáng)表面基本不動(dòng),并隨太陽(yáng)自轉(zhuǎn)作近似的剛性旋轉(zhuǎn)。與太陽(yáng)黑子相比,它具有更強(qiáng)的剛性旋轉(zhuǎn)性。
冕洞是日冕中密度較低的的區(qū)域。1975年,瓦爾德邁爾測(cè)得冕洞中心密度為周圍日冕的1/10;1972年,芒羅等人根據(jù)遠(yuǎn)紫外線探測(cè)資料推算出冕洞密度約為寧?kù)o區(qū)的1/3;1977年,他們測(cè)得極區(qū)(緯度68°以上)冕洞在離太陽(yáng)2-5個(gè)太陽(yáng)半徑的電子密度和粒子流速,研究表明,在2.2-3個(gè)太陽(yáng)半徑處,粒子的流速就從亞聲速轉(zhuǎn)為超聲速。
冕洞的溫度約為100萬(wàn)度,比寧?kù)o日冕區(qū)低一些,而溫度梯度則只有后者的1/10。
冕洞僅存在于大的單極磁區(qū)域中,而且不與大尺度磁場(chǎng)圖的中性線相交;但并不是每一個(gè)單極磁區(qū)都能產(chǎn)生冕洞,冕洞總是出現(xiàn)在與該半球具有相同極性的磁區(qū)中。
冕洞中的磁場(chǎng)是不均勻的。各孤立冕洞的磁場(chǎng)強(qiáng)度不等,從零點(diǎn)幾高斯到十幾高斯。冕洞與無(wú)冕洞區(qū)的磁場(chǎng)強(qiáng)度差不多,但比活動(dòng)區(qū)弱。極區(qū)冕洞場(chǎng)強(qiáng)在1高斯左右。
1972年,阿特休勒等用無(wú)電流場(chǎng)模型對(duì)冕洞進(jìn)行了計(jì)算,提出它有開(kāi)場(chǎng)線的可能;
1977年,萊維恩提出冕洞內(nèi)不是所有的場(chǎng)線都是開(kāi)放的;
1978年,諾爾第等提出冕洞的大尺度變化是磁力線突然開(kāi)閉引起的。場(chǎng)線開(kāi)放時(shí),冕洞擴(kuò)展;場(chǎng)線閉合時(shí),冕洞收縮。
盡管在不少冕洞照片上能夠看到開(kāi)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的特征,如冕洞的羽狀結(jié)構(gòu)、冕洞邊緣的浪花狀結(jié)構(gòu),但還不能肯定它在任何時(shí)候都有開(kāi)場(chǎng)線。
不少學(xué)者對(duì)冕洞同太陽(yáng)風(fēng)和地磁擾動(dòng)之間的關(guān)系作了統(tǒng)計(jì)研究,發(fā)現(xiàn)小的低緯冕洞同地球附近空間速度約為每秒550公里的太陽(yáng)風(fēng)有很好的相關(guān)性;高緯冕洞(特別是極區(qū)冕洞)能產(chǎn)生高速太陽(yáng)風(fēng),但一般不能到達(dá)地球;大的冕洞(即使在中緯區(qū))與地球周圍大于每秒700公里的太陽(yáng)風(fēng)有較好的相關(guān)性;長(zhǎng)壽命的赤道冕洞是太陽(yáng)風(fēng)的風(fēng)源,也就是M區(qū),它能引起重現(xiàn)性的磁擾。