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噴射出來的高速太陽風(fēng)粒子的來源,這種高速太陽風(fēng)粒子的速度要比普通太陽風(fēng)粒子的速度高3倍,會對在軌運(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的太陽圖象中,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,軌道太陽觀測臺4號利用遠(yuǎn)紫外線觀測到冕洞;
1972年,坎杜等在射電波段也觀測到冕洞;
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??;
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。
冕洞是太陽大氣中一種壽命較長的現(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)太陽自轉(zhuǎn)周期,即約27天;稍大的平均壽命為五、六個(gè)太陽自轉(zhuǎn)周期,最長的可在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(太陽活動(dòng)下降期),太陽表面覆蓋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。
冕洞是太陽上一種比較穩(wěn)定的現(xiàn)象,其面積增長率和衰減率相同,為每秒1.1-1.9萬平方公里。
冕洞相對于太陽表面基本不動(dòng),并隨太陽自轉(zhuǎn)作近似的剛性旋轉(zhuǎn)。與太陽黑子相比,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)紫外線探測資料推算出冕洞密度約為寧靜區(qū)的1/3;1977年,他們測得極區(qū)(緯度68°以上)冕洞在離太陽2-5個(gè)太陽半徑的電子密度和粒子流速,研究表明,在2.2-3個(gè)太陽半徑處,粒子的流速就從亞聲速轉(zhuǎn)為超聲速。
冕洞的溫度約為100萬度,比寧靜日冕區(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。
冕洞中的磁場是不均勻的。各孤立冕洞的磁場強(qiáng)度不等,從零點(diǎn)幾高斯到十幾高斯。冕洞與無冕洞區(qū)的磁場強(qiáng)度差不多,但比活動(dòng)區(qū)弱。極區(qū)冕洞場強(qiáng)在1高斯左右。
1972年,阿特休勒等用無電流場模型對冕洞進(jìn)行了計(jì)算,提出它有開場線的可能;
1977年,萊維恩提出冕洞內(nèi)不是所有的場線都是開放的;
1978年,諾爾第等提出冕洞的大尺度變化是磁力線突然開閉引起的。場線開放時(shí),冕洞擴(kuò)展;場線閉合時(shí),冕洞收縮。
盡管在不少冕洞照片上能夠看到開場結(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)候都有開場線。
不少學(xué)者對冕洞同太陽風(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公里的太陽風(fēng)有較好的相關(guān)性;長壽命的赤道冕洞是太陽風(fēng)的風(fēng)源,也就是M區(qū),它能引起重現(xiàn)性的磁擾。
