日全食时的日冕光学观测.doc

2009 年 第 54 卷 第 13 期: 1841 ~ 1849 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS  HYPERLINK /   日全食时的日冕光学观测 胡中为①③, 赵海斌①②, 姚进生①② ① 中国科学院紫金山天文台, 南京 210008; ② 中国科学院国家天文台, 北京 100012; ③ 南京大学天文系, 南京 210008 E-mail:  HYPERLINK mailto:huzhwls@126.com huzhwls@126.com 2009-04-18 收稿, 2009-05-20 接受 国家自然科学基金(批准号:和紫金山天文台小行星基金会资助项目 摘要 日冕是太阳的外层大气, 不仅其高速外流的高温等离子体形成太阳风, 而且还常发生强 烈的日冕物质抛射(CME), 发射很强的紫外和 X 射线, 日冕活动严重地影响日地空间环境和太空 天气以及地球, 观测研究日冕的结构和活动有重要的科学意义和应用价值. 日冕的光学亮度只 有日轮光球的百万分之几, 日全食是观测日冕的最有利时机. 本文综合评述日冕的各种形态特 征和结构性质、活动规律及其观测研究进展, 有助于在 2009 年及以后的日全食时更好地拟定观 测方案, 以便获得有成效的科学观测资料, 促进有关课题的深入研究. 关键词 日全食 日冕 形态和结构 太阳活动 CCD 天文 图像处理 在中外学者和爱好者观测 2008 年 8 月 1 日的日 全食后, 21 世纪最壮观的一次日全食将在 2009 年 7 月 22 日发生在我国的长江流域, 将会有更多的兴趣 爱好者投入日冕的光学观测研究热潮. 然而查阅有 关大量文献是很烦难的, 希望本评述有助于较快地 开展观测. 肉眼见到的日轮表面是太阳的大气底层——光 球, 其半径 R⊙为 6.955×105 km, 厚度约 500 km. 光球 之上是色球, 厚约 2000 km, 往上经约几百千米的过 射线波段辐射, 日冕活动影响日地空间环境和太空 天气以及地球的磁场、通讯、电力系统等, 观测研究 日冕结构、性质和活动规律, 不仅有重要的科学意义, 而且对于航天和日地关系有重要应用价值[1~4]. 虽然远在公元前 2800 年就有日全食时看到日冕 的记载, 但长期被误认为日冕是月球边缘或地球大 气散射的太阳光, 直到公元 1860 年后才逐渐公认日 冕是太阳的外层大气. 1868 年, Jansen 和 Lockyer 各 自独立??在日全食时进行光谱观测而发现元素氦[3,4]. 随后, 在日全食的日冕光谱中发现当时实验室未见 的奇怪谱线, 直到 1941 年才被 Edlen 解释为是高温下 高次电离原子产生的禁线[3]. 1931 年, Lyot 研制出日 冕仪, 用人为日食方法可以在非日全食期间进行日 冕的日常观测[3]. 与可见光不同, 日冕的射电和紫外 及 X 射线波段的辐射比光球强得多, 近半个多世纪 以来, 很多先进的射电仪器和航天器先后投入日冕 渡层而到外层——延展到几倍 R⊙以上的日冕. 太阳 大气的物质密度是向外减少的 , 从光 球的 但温度却是 4×10?7g/cm3 到日冕下部的 10?14 g/cm3, 增高的, 从光球的 5777 K 到日冕的 106 K 以上. 色球 和日冕对可见光是很透明的, 太阳的可见光辐射主 要来自于光球, 色球辐射是光球的几千分之一, 而日 冕辐射仅约光球的百万分之几. 因此, 我们平时看不 出色球和日冕. 日全食时, 月球遮住了耀眼的光球, 天光暗淡, 色球和日冕才显现出来. 日冕不仅有外流 的太阳风, 还常有强烈的 CME, 又有很强的紫外和 X 观测[3], 例如, 射电甚大阵(VLA), 太阳与太阳风层 探测器(SOHO). 虽然这些仪器可以经常监测日冕, 但日全食仍是日冕观测, 尤其是光学观测的最有利 引用格式: 胡中为, 赵海斌, 姚进生. 日全食时的日冕光学观测. 科学通报, 2009, 54: 1841~1849 Hu Z W, Zhao H B, Yao J S. Optical observations of the solar corona at total solar eclipse (in Chinese). Chinese Sci Bull (Chinese Ver), 2009, 54: 1841―1849, doi: 10.1360/972009-787 评 述  时机, 每次日全食都可得到新资料和研究成果[5~21], 例如, 20