課程內容

太陽與其表面的主要現象

(1)太陽的結構

Fig.1  A schematic of the sun, showing some of it's primary features. Courtesy NASA.      

如上面示意圖(Fig.1)所顯示，太陽由內而外的結構是核心(Core)、輻射區(Radiation Zone)、對流區(Convection Zone)，接著是表層的光球層(Photosphere)與色球層(Chromosphere)，最後是向外伸展的太陽大氣層(日冕 , Corona)及向外噴射的太陽風(Solar Wind)。太陽表層有各種不同結構，有到處廣泛分布的顆粒狀組織(Granulation)、針狀結構(Spicules)，以及局部磁場較強且溫度較低的太陽黑子(Sunspot)，另外還有磁場開放區域的日冕洞(Coronal Hole)會釋放出高速太陽風(High Speed Solar Wind)，至於太陽邊緣出現的突出結構稱為日珥(Prominence)。

(2) 太陽表面的各種活動性

太陽黑子(sunspot)

        下圖(Fig.2)則是太陽黑子所呈現出的11年週期變化特性，其發生位置緯度逐年的紀錄出現有如蝴蝶狀的有趣圖案，其分步面積的大小則相對著太陽活躍的程度，由於黑子數最多的一、兩年，太陽表面的電漿與磁場的活動也最頻繁，因此被稱之為太陽黑子數目或太陽活動極大期(Solar Maximum)。相對的黑子數最少的一、兩年就被稱之為太陽黑子數目或太陽活動的極小期(Solar Minimum)。

Fig. 2 太陽黑子的週期性變化。 (太空教室與虛擬學習館 http://www.ss.ncu.edu.tw/~SpaceEdu提供)

日珥(prominance)

Fig. 3  太陽邊緣所觀測到的日珥爆發

(This is a short film clip taken from a much longer movie of an erupting prominence courtesy of the Big Bear Solar Observatory. )

太陽閃焰、耀斑 (solar flare)

        閃焰是太陽表面一種光度突然迅速增強的變化，經由太陽大氣層所建立之磁能的瞬間釋放所產生。其輻射放射涵蓋整個電磁波光譜，從無線電波、可見光、X射線直至加瑪射線(gamma rays)，釋放的能量約為百萬個億萬噸級氫彈同時爆炸的大小。最早的觀測紀錄見於1859年9月1日，分別由Richard C. Carrington與Richard Hodgson在觀測太陽黑子時看到白光的閃焰。

        當磁能被釋放時，太陽大氣層裡的粒子包含電子、質子與重原子核皆被加速與加熱，閃焰釋放能量的典型量級是10²⁷爾格/秒，大閃焰可高達10³²爾格/秒。能量超過千萬次火山爆發所釋放的總能量，但仍低於太陽每秒總釋放能量的十分之一。

Fig. 4  太陽閃焰的觀測紀錄

(Movie Credit: This film clip taken from a longer movie by Big Bear Solar Observatory of a flare that occurred on April 7, 1997)

日冕物質噴射 (coronal mass ejection, CME)

Fig. 5  在SMM衛星上日冕儀拍攝的日冕物質噴射

(Images within this animation are from the coronograph aboard the Solar Maximum Mission (SMM) and were provided courtesy of Arthur J. Hundhausen of HAO and NASA)

*****更多即時的太陽CME即時觀測電影 ( SOHO衛星 LASCO/EIT ) *****

 參考資料： 太空教室與虛擬學習館 (http://www.ss.ncu.edu.tw/~SpaceEdu)

                      太空天氣基本觀念  http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/basic_facts.html  

                      What is a Solar Flare? http://hesperia.gsfc.nasa.gov/sftheory/flare.htm