太陽黑子的電離流體和閃焰的爆發關係Physical Processes of Sunspot Formation and Flare Eruption
Originated (Ionized hydrodynamics)
有幾位鄉親來信給我,對於太陽的黑子產生和磁力有點不解,我將回信內容做一個簡單整理如下:
由於太陽和地球不同,不是固態質量，太陽是一個因高溫產生的電離氣體的球體，加上本身自轉速度在赤道與極地之間有所不同。這有人稱為微分旋轉. 若仔細看其太陽的南北緯度轉速的特性,以赤道附近
大約24天.在南北45度左右的中緯度速度較慢一點,若是靠近極點大夠要花超過30天，所以速度是最慢的. 這種旋轉速度因地緯不同的速度差異就是磁力線扭曲的起點。
所以太陽的自轉,因微分自轉和內部對流會使磁力線隨著時間慢慢拖慢為扭曲或變形.
黑子的形成就是當太陽在一段時間後,這些拖慢,慢慢扭曲的磁力線.在赤道+/-40度左右的部分磁力線會逐漸上升到太陽光球表面時.因為磁場逐漸加強,造成磁力線上升的區域,因擠壓磁力線,造成壓力最高的電離化電子被困住,最後就形成具有強烈磁場的太陽黑子.
在太陽黑子中，強烈的磁場因抑制熱力對流(溫度無法上升)，使溫度低於周遭環境，使黑子的本影和半影環境看起來更暗.
重點在這裡:1.太陽黑子是磁場強大的區域. 大約在數千個高斯在抑制電離氣體的熱力對流，阻礙能量傳輸，導致溫度下降，使區域看起來更暗淡.
2.低溫並不代表低電離溫度，而是比較黑子區域實際溫度低於周圍光球環境.
最後是太陽閃焰爆發! 這是能量在扭曲的磁場中累積後爆發, 發出x光和高能粒子等物質,爆發後,我們可以觀測到磁力線會迅速重新斷裂後連線重置.
京都大學有許多研究試圖從觀測與理論模型來解釋這一連串過程。akari.c.u-tokyo.ac.jp
結論:太陽內部就是一座發電機,發電機的作用會因太陽自轉產生南北磁力線和扭轉. 這些磁力線逐漸漂浮在太陽光球層的表面.
最後在赤道附近的扭曲磁力線因磁場累積增加. 強烈的磁場抑制電離氣體的熱力對流作用.也就是減少內部的熱能供應. 圖1
這樣的結果造成黑子產生和溫度低於光球面的周邊現象. 最後如果磁場在於黑子面積較大時,會聚集較高的能量需要釋放.這種大量的能量釋放,就是太陽閃焰的爆發. 這在許多的研究中所發展出的最新的太陽黑子和閃焰爆發的電離流體動力學模型來解釋太陽的黑子形成和閃焰爆發.
圖2: 美國SDO 太陽動力天文衛星觀測到,利用極紫外線,觀測到閃焰的連續爆發.可以觀測到電離氣體因閃焰爆發噴出,造成磁力線重新連接配置.
圖3:利用電磁流力的偏微分和差分修改演算出超級電腦模擬太陽閃焰中高溫電離氣體流體模型(電磁流體力學).
圖4: 在1990年代末,日本的太陽衛星 陽光.拍攝到閃焰爆發時和結束後的磁力線重新連接.和美國動力天文衛星觀測一致.因而確定太陽在閃焰爆發後的磁力線重新連接在一起.
參考文獻:
Cosmical Magnetohydrodynamic Phenomena and Solar Flares
Kazunari Shibata , Astronomical Observatory, Kyoto University
∗Email for correspondence:
shibata@kwasan.kyoto-u.ac.jp
觀星論壇 
