太陽表面究竟什麼樣?

近日，萊布尼茨太陽物理研究所（KIS）發布了兩張新的太陽視圖。這兩張圖片是由西班牙的格雷戈爾太陽望遠鏡（GREGOR）拍攝。

太陽是太陽系的中心天體，佔太陽系總體質量的99.86%。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等都圍繞著太陽公轉，而太陽則圍繞著銀河系的中心公轉。

太陽與人類的生活息息相關，但人類很難獲取太陽表面真實圖像，因為太陽每秒都要燃燒約500萬噸氫燃料。將鏡頭直接對準這樣一個表面溫度為6000攝氏度的星體，物鏡聚光後，會聚光到目鏡組裡。超高的溫度可以在瞬時內將金屬都融化，所以需要強大的太陽望遠鏡才能進行檢測研究。

目前國際上已建成的2米級太陽望遠鏡主要有美國1.6米古德太陽望遠鏡（GST）和德國1.5米雷戈爾太陽望遠鏡。我國現有最大口徑太陽望遠鏡是中國科學院雲南天文臺研製的1米新真空太陽望遠鏡（NVST）。

為了可以拍清太陽的表面，科學家完全重新設計了格雷戈爾太陽望遠鏡（的光學、機械學和電子學，以達到最佳的圖像質量，該團隊將格雷戈爾太陽望遠鏡（改造後的「眼睛」的能力比喻為能夠從一公裡外看到足球場上一根針的細節。

這次萊布尼茨太陽物理研究所拍攝的太陽高清表面，是 歐洲望遠鏡拍攝的有史以來最高解析度的太陽圖像。

第一張照片則突出了太陽磁場的結構，看起來有點像人體的細胞結構，這些細胞樣結構顯示了太陽表面過熱氣體翻動的模式。

格雷戈爾太陽望遠鏡拍攝照片

太陽物質是等離子體，太陽表面翻滾著等離子，整個太陽就是一個等離子體球，在靠近太陽表面的區域，這些等離子構成的湍流，將太陽內部的熱量傳輸到太陽表面，冷卻後再通過黑暗通道下沉，構成一種對流。能量傳遞主要依靠等離子體間的對流。

這些等離子體的運動同時產生了磁場，而太陽內部的磁場則是引起太陽活動的一個根本原因，因為這些等離子體會和太陽內部產生的磁場相互作用，呈現不同的運動形式。磁場越強，運動越劇烈。所以陽磁場是黑子、耀斑、日冕物質拋射等各種太陽爆發活動的幕後推手。

磁場之間的相互作用會在外面光球層上露出端倪——光球層溫度大約5800K左右，而光球層上磁極N、S兩端溫度只有4240K。相比於高溫區域，這些低溫區域看起來會暗一些。這正是太陽黑子現象。黑子是太陽表面可以看到的最突出的現象。一個中等大小的黑子大概和地球的大小差不多。一個完整的太陽黑子包含本影和半影。本影就是黑子最黑和最中心的地方。本影之外，不那麼黑，並有一些纖維的結構叫做半影。

萊布尼茨太陽物理研究所發布的另外一張圖片顯示的就是一個太陽黑子，它類似於《星球大戰》中看到的沙拉克深坑的齒狀空洞。

格雷戈爾太陽望遠鏡拍攝照片

對太陽黑子的研究一直是各國對於太陽檢測研究的重點，我們要知道，作為太陽磁場的重要體現形式，黑子往往在太陽的南北半球成對出現。其中一個黑子的磁力線從日面指向太陽之外，這是磁場的正極，另外一個黑子的磁力線從日面指向日心，代表磁場的負極。

一般情況下， 我們把太陽大氣分為六層， 由內往外依次命名為：日核、輻射區、對流層、光球、色球、日冕。日核的半徑佔太陽半徑的 1 /4 左右， 它集 中 了太 陽質量的大部分 ， 並且是太陽99%以上能量的發生地。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓面， 太陽的可見光全部是由光球面發出的。日冕位於太 陽的最外層， 屬於太陽的外層大氣。

太陽磁場每11年反轉一次，這11年內，太陽活動也會出現變化，也就是有太陽活動峰年和谷年。峰年太陽活動最頻繁，谷年則太陽活動最少。由於兩極磁場會在反轉過程削弱，更多色球層和日冕層的的高速帶電粒子流以200-800km/s的速度運動噴射出來，這就是太陽風。

太陽風從太陽吹到地球只需五六天 的時間。當太陽風到達地球附近時， 與地球的偶極磁場發生作用， 並把地球磁場的磁場線吹得向後彎曲。但是地磁場阻止了等離子體流的運動， 使得太陽風不能侵入地球大氣而繞過地磁場繼續向前運動。於是形成一個空腔， 地磁場就被包含在這個空腔裡。

此時的地磁場外形就像一個一頭大一頭小的蛋狀物。雖然湧來的太陽風在抵達地球時， 大部分會被地球的磁場推開， 但仍有部分太陽風進入大氣層， 從而引起各種現象。例如通訊衛星失靈、高緯區電網失效， 及短波通訊、長波導航質量下降等。太 陽風的變化還可能會引起氣象和氣候的 變化。另外， 像 「回聲一號」那樣又大又輕的衛星， 還會被太陽風吹離事先計 算好的軌道。

所以科學家一直嘗試通過模型數值模擬，解釋太陽磁場反轉周期的規律，而且人類目前還沒有徹底掌握太陽磁場產生的原因，太陽磁場的直接測量僅局限於太陽光球表面，對太陽大氣（色球、過渡區和日冕）磁場的知識，主要來自在簡化假定下的理論重構。缺乏可靠的觀測，限制了科學家對太陽磁活動起源和機理的理解，導致日冕加熱和太陽風起源等難題得不到解決。

而通過太陽望遠鏡拍攝太陽表面的高清圖像，有利於我們非常詳細地研究磁場、對流、湍流、太陽噴發和太陽黑子。