如何解讀太陽黑子與太陽磁場的密切關係?

我們知道,太陽黑子是一種我們可以直接觀測到的磁場效應,即可以通過光譜的塞曼效應觀測到。

讓我們慢慢回顧,然後一步一步地介紹。第一,這些分立的能級代表太陽的不同元素髮射或者吸收的不同的能量。(通過光譜我們可以得知太陽中不同元素髮射和吸收的一系列離散能量。)


如何解讀太陽黑子與太陽磁場的密切關係?


太陽的有效溫度或黑體溫度(5777K)是一個相同大小的黑體,在產生完全輻射的功率時所對應的溫度。

當你看發射的不同波長的光的強度(我們稱為頻譜),可得到的結果如圖1所示。

在上面的這張圖中,短劃線代表的是天文學家所稱的太陽的黑體譜,也就是太陽表面溫度輻射能量的理想分佈。

而實線就是實際觀測到的光譜;這兩者之間的不同是由特定波長的譜線強度急劇下降或者上升造成的:本應平滑的光譜被太陽表面分散過渡的原子和分子所“侵蝕”。


如何解讀太陽黑子與太陽磁場的密切關係?


下一張圖片更好的展示了太陽光譜(這裡已經除去了黑體譜):水平方向代表波長,你看見的深黑垂直的帶是吸收線,或者說是特殊的原子在特定的波長的吸收作用。

現在,有許多因素使得譜線特徵非常顯著。


如何解讀太陽黑子與太陽磁場的密切關係?


第一,每種元素都有它自己的譜線“指紋”特徵:換句話說,我們可以通過尋找這些譜線的特殊結合來確定這些元素的種類。

然後,固定波長的譜線強度下降取決於太陽表面大氣沿著我們視線方向的運動速度:也就是說我們可以通過譜線的移動來追蹤太陽大氣的運動。


如何解讀太陽黑子與太陽磁場的密切關係?


最後,我們看到的一些譜線實際上是這些元素處於磁場中分裂為兩條甚至多條的線,這種效應叫做“塞曼分裂效應”

因此測量分裂的寬度可以告訴我們磁場的信息。

最後,回答你的問題:天文學家得知太陽黑子與太陽的磁場有關是因為他們觀察了這些來自太陽黑子的譜線並且測量了譜線分裂的程度。


如何解讀太陽黑子與太陽磁場的密切關係?


利用我們知道的磁場如何影響譜線,他們可以計算他們看見的導致譜線分裂產生的磁場強度。

計算結果表明在太陽黑子區域的磁場比太陽表面的其它區域的磁場更強,因此,在一定程度上,太陽黑子與太陽磁場相關。

相關知識

太陽黑子是太陽光球上的臨時現象,它們在可見光下呈現比周圍區域黑暗的斑點。它們是由高密度的磁性活動抑制了對流的激烈活動造成的,在表面形成溫度降低的區域。雖然它們的溫度仍然大約有3000-4500度,但是與周圍5780度的物質對比之下,使它們清楚的顯視為黑點,因為黑體的熱強度與溫度的四次方成正比。

太陽磁場通常是根據在磁場中光譜線分裂的塞曼效應測量的,目前的測量精度大約為0.3高斯。太陽磁場主要在太陽大氣層 - 光球、色球和日冕低層中,而在太陽內部或日冕外則很弱。太陽的基本磁場強度約為1高斯,局部磁場很強,如有的黑子磁場可達3000高斯。磁場是太陽活動的重要因素,它與黑子、譜斑、日珥和耀斑等都有密切關係。

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