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- 1、太阳表面是光球层还是色球层：日冕层位于太阳的外围，为什么其温度比太阳表面的还要高？
- 2、太阳表面是光球层还是色球层，太阳日冕层温度为何是光球层的数百倍
1、太阳表面是光球层还是色球层：日冕层位于太阳的外围，为什么其温度比太阳表面的还要高？
太阳表面存在一种叫做“针状体”的现象。这些“针”始于我们所看到的太阳表面，指向五到十公里的高空。它们携带着来自太阳的声音，转瞬即逝。实际上，太阳是一个气体星球，它的密度从内到外逐渐降低，并不存在一个清晰的表面。那么我们为什么会看到太阳的“表面”呢？当我们观察太阳的时候，光深（物质层的不透明性的量度）变为1的地方就是我们肉眼可见的边界，我们称之为光球，尽管它并不是一个真正意义上的表面。我们将光球外面成为太阳大气层，针状体将物质从太阳的可视表面传输到大气层最终到日冕中。针状体的温度约为5800-6000度，而日冕的温度可高达一百万度。就相当于厨房里的炉灶突然关闭，上方的空气会出现燃爆一样。
针状体的出现伴随着能量传输，虽然这种能量传输不可见，但它可以被测量。实际上，大约有10万个针状体，每个都通过直径约为500千米的通道（受磁力影响）源源不断地将物质传输到色球层。在这我们需要讨论一下太阳上的天气和物质传输。这种物质传输是快速的，以5分钟为周期，且无数个针状体可以同时出现。日冕的超高温度就和这种从光球层到色球层的物质传输密切相关。如果我们能够飞行到太阳附近，我们将清楚地看到这些针状体，并观察到物质是如何上升、下降或以每小时8万公里的超高速度运动。运动速度为每小时8万公里，周期为5分钟，这些数字和日冕温度有什么关系?
我们知道太阳会发出声音，如果我们离它足够近会听到山崩地裂和电闪雷鸣。我们之所以能听到声音，是因为声波足够强大。然而，太阳上的气体极为稀薄，导致声波震动微弱，我们并不能听到它们的声音。太阳上有声音这个结论，可以从气体谱线的移动上直接推导出来。 例如氢气和氧气，如果它们的谱线蓝移，说明它正在向我们移动；反之，红移意味着它们向远离观察者的方向移动。
通过观察谱线移动，我们可以巧妙地扫描太阳上的气体运动，就像医学上的多普勒断层术一样。通过对太阳的观察，我们发现了气体体积和压强的波动。气体的压强波动形成了声音，我们发现了不同频率的声音，其中一种“P”型声音，其周期恰好为5分钟。我们发现，当声波来自太阳内部，由于太阳的密度从内向外不断减小，声波的速度逐渐提高，最终声波的速度达到每小时80,000公里的，说明一些物质以令人难以置信的超高速度冲入太阳的大气中。
目前为止，我们还没有讨论磁场的作用，而前面提到物质传输的通道与磁场密切相关。注意这里只存在径向的物质传输，而没有周向的传输。太阳的表面的物质以等离子体的形式存在。这些带电粒子，例如电子和离子，他们的运动受到磁场的影响，其运动方向符合右手定则。另一方面，太阳的强磁场对带电粒子的运动有限制作用，等离子体并不能自由移动。这种限制会导致等离子物理里的一种现象：磁冻结效应，冻结到等离子体不能相对于磁场自由移动的程度。 另一方面，如果等离子体本身的动能非常高，其结果就是磁场必须随之移动。
磁场移动是如何发生的？答案与等离子体的低电阻有关。如果等离子体相对于磁场移动，会感应出电流。我们已经知道在没有保险丝的情况下在家里电器发生短路会产生短路电流。类似这种短路现象将等离子体束缚到磁场。每当我们有强大的声波时，压力和密度就会如此太阳表面的波动，那么磁场必须随之移动。如果太阳表面上的磁场在某一点非常强烈地集中，则等离子体不自由流动，而是必须沿着磁场线流动。为什么一定要沿着磁场线移动呢？因为沿磁场线运动洛伦兹力（即由磁场施加在磁场上的导体或导体上的力）为0。洛伦兹力为0意味没有能量耗散，即能量传输没有任何损失。因此，等离子体基本上沿着磁场移动，是物质从太阳表面进入太阳大气层的最佳通道。
下面我们来讨论电路，电流的产生要求电路必须闭合。即，只有在闭合电路中，电流才会流动，否则当电路被某种方式中断，电荷会优先在中断处积累。雷雨中的雷就是一个很好的例子，当电荷积累到一定程度时，闪电击穿形成释放电子的电路。
太阳上发生的这些现象都可以用宇宙电动力学来解释，而针状体是气体球体中电动力学过程的典型例子。在这个例子中，一方面要考虑运动的带电粒子，另一方面要考虑可以变化的磁化气体。针状体是一种典型的强声波，其运动在极快的运动中符合电动力学规律。
最后我们来解释为什么日冕变得如此之热。首先我们可以用电阻发热的现象类比。家用的烧水壶能烧水，电流起到什么作用？显然，是电流加热了烧水壶中的线圈，然后线圈使水升温直至沸腾。在太阳大气从底层到高处的能量传输过程中，可以看作电流的流动。根据欧姆定律，电压等于电阻乘以电流；根据焦耳定律，导体的发热功率与导体的电阻成正比，和通过导体的电流的平方成正比。在电流、电压恒定的情况下，如果电阻很高那么导体的温度会急剧升高。
从微观角度看，太阳大气中的等离子碰撞、摩擦，导致热量的产生。尽管太阳表面只有5800度，但是由于等离子体的能量状态，一方面电磁能以非常密集的磁场束的形式存在，而另一方面等离子体高速运动形成电流，最终使得日冕的温度远高于太阳表面上的温度。
这样，我们就运用地球上物理学的知识解释了远在1.5亿公里外的宇宙空间上的一个问题。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. quora-Toni Sementana
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2、太阳表面是光球层还是色球层，太阳日冕层温度为何是光球层的数百倍
从结构来看，太阳大气从里向外主要分为光球层、色球层和日冕层。奇怪的是，在可观测的太阳表面，光球层的温度在 6000 ℃ 左右。但在距其上方仅几千公里的日冕层，温度却高出了成百上千倍，至百万摄氏度甚至更高。数十年来，天体物理学家们一直在努力解释大多数恒星都有的这种奇特现象。
太阳黑子特指太阳表面较暗的斑点
1942 年，瑞典科学家汉尼斯·阿尔夫文（Hannes Alfvén）提出了一种理论，即等离子体的磁化波可沿着太阳磁场，从内部向日冕抛出大量能量。在绕过光球层后，又在太阳的高层大气中爆炸。
尽管这一理论已被初步接受，但科学家们仍需要以经验观察的形式来证明这些“波动”的存在。庆幸的是，近日发表的一项研究报告，就很好地解释了阿尔夫文提出将近 80 年的历史理论。
1930 年代末，瑞典光谱学家本辛·埃德伦（Bengt Edlén）和德国天体物理学家瓦尔特·格罗特里安（Walter Grotrian）首次观察到了这种奇特的现象。
具体说来是，日冕层的温度，竟比光球层（我们可从地球上观察到的太阳表面）高出了上千倍。尽管光球层的预估温度在 6000 ℃ 左右，但光球层却可达到上百万摄氏度。
想要测量光球层的温度，方法是相对简单的。我们只需测量从太阳辐射出的光，并将之与预测光源温度的光谱模型进行比较即可。
作为给天体物理学界造成长久困扰的问题之一，科学家们试图通过观察太阳的性质来解释这种差异。
据悉，太阳几乎由等离子体组成。这种带有电荷的高度电离气体，会在太阳内层上部的对流区运动时产生巨大的电流和强磁场。
通过对流将能量从太阳内部向上拖动，并在光球层破裂，就形成了我们所观察到的黑子（太阳大气中形成各种磁性结构的磁场簇）。
阿尔夫文的理论认为，在太阳的磁化等离子体内，任何带电粒子的整体运动都会干扰磁场，从而产生可以在很长的距离（从太阳表面到高层大气）中携带大量能量的波动。
热量沿着所谓的热量沿着所谓的“太阳磁通管”（Solar magnetic Flux Tubes）传播， 然后突然闯入日冕层，从而产生了这种“异常的高温”。
The Mystery of Coronal Heating（via）
这些电磁等离子体，现被称作阿尔夫文波。其对日冕加热方面的作用解释，帮助阿尔夫文拿到了 1970 年的诺贝尔物理学奖。
然而想要清晰观察到这些波动，还是存在着相当大的困难。高至比地球大很多倍的现象、低至我们现有仪器都很难分辨的微小变化，太阳大气内层和表面发生的事情也实在太多了。
此前，研究人员从未直接观察到光球层中的阿尔夫文波证据。不过仪器方面的最新进展，还是为我们研究太阳物理现象开辟了新的窗口。
作为一套光谱成像装置，安装在美国新墨西哥州邓恩太阳望远镜上的干涉式二维光谱旋光仪（IBIS），能够帮助我们对太阳展开更细致的观察和测量。
结合良好的观测条件、先进的计算机模拟、以及来自七所研究机构的国际科学家团队的共同努力，我们终于首次确认了‘太阳磁通管’中存在的阿尔夫文波。
SCI Tech Daily 指出，这项研究发现，是帮助我们在地球上挖掘高能能量应用潜力的重要一步。比如类似太阳内核中发生的核聚变相关的研究，就涉及将少量物质转化为巨大能量的过程。
目前地球上的核能利用，仍局限于重核的裂变。其最大的缺点，就是会产生危险的核废料。而 2011 年拖延至今的福岛核电站事故，更是将核能利用这件事推上了风口浪尖。
有关这项研究的详情，已经发表在近日出版的《天体物理学杂志》（The Astrophysical Journal）上。
原标题为《Magnetohydrodynamic Wave Modes of Solar Magnetic Flux Tubes with an Elliptical Cross Section》。
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