前言：2019年的12月26日出現(xiàn)今年最后一次日食，可惜這次我們看不到日全食。在日全食照片中可以注意到，日面被遮擋成一個(gè)黑色的圓盤，其周圍還有一圈亮光，這就是太陽大氣的最外層——日冕。日冕的溫度高達(dá)150萬開氏溫度，亮度卻只有日面的幾百萬分之一，在日全食時(shí)是觀察它的良好機(jī)會(huì)。
12月26日，今年三次日食中的最后一次姍姍來遲。日食發(fā)生時(shí)，地球上有些地方的人們看到的是日環(huán)食，很多地方則是日偏食。如下圖紅色窄帶所示，從沙特阿拉伯開始，經(jīng)過卡塔爾、阿拉伯聯(lián)合酋長國、阿曼、阿拉伯海、印度、斯里蘭卡、印度尼西亞、馬來西亞、蘇拉威西海，在太平洋西部結(jié)束，這樣一個(gè)條帶的人們看到的是日環(huán)食。而在下圖黑線中的其他區(qū)域，包括非洲東北部、亞洲（除北部）、印度洋北部、大洋洲西北部、太平洋西部這些地方，人們可以看到日偏食。其中，我們中國全境都可以看到日偏食。
日食邊界地圖，紅線區(qū)域可以看見日環(huán)食，除此之外的黑線區(qū)域可以看見日偏食（來源：紫金山天文臺(tái)，http://pics5.baidu.com/feed/43a7d933c895d143c62314a5a84462075baf071d.jpeg?token=32b3274d9abfff28b92fa592bf75b639&s=F816EC1A13AFF0ED06E1875E02001073）
由于距離的問題，從地面上看，日面沒有被前邊的月亮遮擋完全，就是日環(huán)食和日偏食，會(huì)留下太陽愈發(fā)明亮的發(fā)光部分。遮擋全了就是日全食了，如下圖所示。不過，從這類日全食照片中我們也會(huì)注意到，日全食的太陽周圍好像另外還有一圈亮光？這些是什么呢？
2007年8月NASA拍攝的日食（來源：https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/36329608000_2e0f627e4b_o.jpg）
我們看到的明亮耀眼的太陽，這些可見光來自太陽表面的一層稱為光球?qū)拥牟糠?，光球?qū)酉逻叺奶柌煌该鳎线呁该?，從光球?qū)娱_始向外的太陽部分就稱為太陽的大氣。太陽大氣不同高度的溫度都是我們通過模擬計(jì)算出來的，光球?qū)拥臏囟缺徽J(rèn)為大約是5700開氏溫度，而經(jīng)過一些過程之后，太陽大氣溫度隨著高度經(jīng)過一個(gè)陡增，在上萬公里高度可以達(dá)到150萬開氏溫度，這個(gè)溫度極高、又處在太陽大氣最外層的區(qū)域就稱為“日冕”（Corona）。
以日冕的溫度，它放射出來的多數(shù)是不可見光，其可見光的亮度僅僅是光球?qū)拥膸装偃f分之一，約相當(dāng)于滿月的亮度，但白天天空對(duì)太陽光的散射可比夜間強(qiáng)得多，所以在平時(shí)，我們是辨認(rèn)不出來日冕的存在的。但是，在日全食期間，日面那明亮的陽光完全遭到遮擋，我們就可以在黑暗的宇宙背景中看到太陽邊緣的光芒萬丈，日冕由此顯現(xiàn)在我們眼前。長久以來，想要排除來自光球?qū)雍蜕驅(qū)悠渌麖?qiáng)大的輻射干擾，好好研究日冕，日食都是非常重要的窗口。1931年，科學(xué)家依照日食原理發(fā)明了日冕儀，才使得日冕的研究更加有效。
由SOHO探測(cè)器的日冕儀拍攝的日冕外部，中間實(shí)心圓是日冕儀遮擋的明亮部分，白色空心圓對(duì)應(yīng)太陽日面的大?。▉碓矗篽ttps://spaceweather.com/images2003/26jan03/coronagraph_sample.gif）
由于我們熟知的太陽風(fēng)其實(shí)是來自日冕的物質(zhì)流，所以廣義的日冕包括了太陽風(fēng)所能達(dá)到的范圍，也就是超過150億公里的范圍。不過我們通常認(rèn)為的日冕范圍（密度較大、亮度較高）在太陽周圍大概15到20個(gè)太陽半徑（約1030萬到1380萬千米）以內(nèi)。日冕的形狀與11年周期的太陽活動(dòng)有關(guān)，在太陽活動(dòng)極大年接近圓形，而在太陽寧靜年則比較扁，赤道區(qū)較為延伸。
日冕的磁場(chǎng)探測(cè)比較困難，主要是間接方法推測(cè)。
別看日冕的溫度高，它那些高電離的離子和電子的粒子數(shù)密度僅僅約為1015/m3。與之相比，我們身邊的空氣中的分子的數(shù)密度大概是2.7×1025/m3，也就是說相差了幾百億倍。日冕主要由高速自由電子、質(zhì)子及高度電離的離子組成，日冕的溫度表征了其粒子運(yùn)動(dòng)的速度。日冕的溫度隨高度增加較為緩慢，幾乎是均勻的。在高溫之下，不僅氫、氦等原子被徹底電離，還有一些電離程度非常高的元素，例如鐵原子丟掉13個(gè)電子形成的離子。下邊的示意圖給出了太陽大氣溫度隨距離的變化以及分層，其中Corona就是日冕；而Fe IX/X、Fe XII、Fe XV都是鐵原子丟掉大量電子形成的離子，下面的數(shù)字是其對(duì)應(yīng)的射線，位置就表示了相應(yīng)的溫度。
太陽大氣溫度隨距離的變化以及分層示意圖，其中Corona為日冕（來源：https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2009/26/aa10601-08/img10.png）
科學(xué)家們了解到的日冕的特性，是通過觀測(cè)日冕的各種輻射來推測(cè)的。日冕光由三部分組成：
（1）沒有吸收線的偏振的連續(xù)光譜，它是光球的輻射被日冕電子湯普遜散射形成的，稱為K日冕（Kontinuierlich）。
（2）不偏振的連續(xù)光譜，由于太陽光被行星際空間中的塵埃散射產(chǎn)生，呈現(xiàn)出光球光譜的所有夫瑯禾費(fèi)線，稱為F日冕（Fraunhofer）；這種光集中于黃道面，又稱為“內(nèi)黃道光”；
（3）所有日冕的分立輻射線的總和，稱為E日冕或L日冕（Emission）。這些線是一些高電離金屬，例如剛才提到的鐵原子丟掉13個(gè)電子形成的離子有關(guān)的射線。
另外，日冕還輻射軟X射線（X日冕）以及射電范圍的韌致輻射（R日冕）。
這部分我們涉及的專用名詞比較多，大家只需要適當(dāng)認(rèn)識(shí)一下，感興趣的朋友可以查找進(jìn)一步的資料。
日冕光隨高度的變化（來源：論文Brandt, 1970，中文圖掃描自《日地空間物理學(xué)》，涂傳詒著）
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