地球大氣99%被重力緊緊抓握著，太陽大氣卻可向外伸展70萬公里

文：葛琳（Lucie Green）

從食既到生光[1]

二○○九年七月二十二日，上午十一時二十六分四十秒，月球滑進對準的位置，恰好完全遮蓋了太陽。在這個時刻之前，每個人觀看太陽都是透過「日食眼鏡」，這類眼鏡是使用可以套在望遠鏡上的太陽濾鏡（比太陽眼鏡或甚至電銲面罩更暗）遮光。太陽實在很亮，即使月球遮住了太陽的一部分，直視太陽仍然可能對眼睛造成損傷。只有在月球完全遮住太陽的時候，直視太陽才安全。

於是，關鍵時刻已經來臨：我終於可以直接觀看，而不需要日食眼鏡了。我感覺周圍的氣溫明顯下降，因為沒有了太陽光直射的熱度。暗下來的天空變了顏色，呈現某種陌生的紫色調，四周的地平線上微微有光，看起來有點像日出的樣子（那些是位在月球陰影外的地球大氣所散射的陽光）。但我並不是很關心周遭的一切，只是仰望著太陽。就在那裡，圍繞著月球遮掩的太陽，有一團縹緲的光暈：太陽的大氣。

我覺得驚奇萬分，太陽的大氣層竟然延伸到那麼遠。相較之下，地球的大氣有九十九％被重力緊緊抓握著，留在距離地球表面五十五公里的高度以下，這段距離還不到地球半徑的一％。至於太陽的大氣，我們可以看到它發著光，向外伸展大約七十萬公里的距離，差不多等於太陽半徑。但是，太陽大氣實際的範圍，比你料想的更加寬廣，寬廣多了。

我看著太陽的大氣發出的光，比光球層暗淡了百萬倍，看起來像珍珠白色。在暫時變暗的天空，水星與金星突然現身。而且，就像愛丁頓，我也看見了為數不多的幾顆恆星。我站在那裡看著日食，感覺很驚奇，我跟隨著一長串天文學家的腳步，他們曾經做同樣的觀察。幾百年來，人類可以看見太陽大氣的機會，只有在日全食的時候。

但是，我能看見的那種虛無縹緲的光暈，只是太陽大氣的一部分，稱為「日冕」（corona，來自拉丁文的皇冠），因為它很像圍繞太陽的一頂冠冕。凝望著日冕，我完全明白它得名的理由：它看起來確實富麗堂皇。但是，我想看的另一層太陽大氣，並不像日冕那麼明顯，因為它仍然被月球遮住了一點。

哈雷觀察一七一五年日食的時候，曾經瞥見這一層。接近「生光」的時刻，隨著光球層開始重現，哈雷（使用六英尺長的望遠鏡）並沒有看到預期的明亮白光，反而瞧見一抹狹長新月形的深紅光芒，在月球邊緣映出弧形，驚鴻一瞥，不到幾秒鐘就消失了，光球層的光再次照亮白晝的天空。他剛才看見的究竟是什麼？

原來，哈雷看到的是太陽大氣的一層，這是光球層與日冕之間的跳板。它獨特的玫瑰色與光球層、日冕的白光形成明顯對比，因而得名「色球層」（chromosphere）。跨越光球層上方幾千公里，但只有在日全食過程中的「食既」與「生光」時刻，才可能以肉眼看見。月球夠大，足以遮蓋色球層，因此，要看到這部分，只有在月球不是完全對準的時候（但又要夠近，仍然可以擋住光球層的光）。

日食觀測顯示，色球層是一層不平整又有鋸齒狀的大氣。形狀很像刺蝟身上的尖刺，由許多垂直的長管構成，後來稱為「針狀體」（spicule），它們向上伸長約九千公里，這距離與地球的直徑相當，但相較於太陽的大小卻只是微小的一部分。熱電漿的噴流往上射出這些針狀體，針狀體存活不會超過十五分鐘左右，然後就會逐漸消失，有新的針狀體取而代之。然後還有色球層電漿的雲團，騰空而起，飛往高處，上升十五萬公里，進入上方的日冕，在「食既」時可以看見。維多利亞時代的日食觀測者形容這些是「紅山」，今天，我們稱之為「日珥」。

幸好，只需要「食既」或「生光」時刻色球層短暫的閃光，就能捕捉色球層光譜的影像。照例，了解太陽不同部分的電漿，乃是透過研究電漿發射的光譜。乍看之下，色球層與光球層的光譜有一些相似之處，例如兩者都看得到很暗淡的彩虹連續色，但有兩個重要的差異。

第一，色球層發出的光，色彩的光譜暗淡多了。整道彩虹都在那裡，但顏色變暗了。第二，在色球層的光譜裡，沒有任何暗的夫朗和斐譜線。在光球層有著暗譜線的地方，色球層卻很奇怪地有著超明亮的譜線！我們將來自色球層的光分開成光譜的時候，宇宙條碼就反轉了：本來暗的地方變亮，亮的地方反而變暗了。那麼，為什麼色球層會產生看起來如此不同的光譜？

我們知道暗淡的夫朗和斐譜線之所以出現，是因為從光球層出來的光必須通過光球層中的電漿，在途中有些光子被偷走了。光球層中的電漿與氣體會隨著高度而變涼，而在相對較涼的氣體中，有些原子與離子就能吸收光子。被吸收的只有剛好能量符合，能讓電子跳到更高能階的光子。而光子的能量與頻率成正比。這就給了我們那些清晰的吸收（暗）譜線，截斷了原先連續的彩虹。

不過，重要的是，這些原子與離子吸收光子的時候，那一份能量並沒有被摧毀或轉為其他形式。當被激發的電子從更高能的軌域落回下方，就可能再發射出相同頻率的光子。但被這顆釋放的光子有可能朝任何方向飛，不見得會往外、往我們這裡發射。所以，雖然大多數頻率可以不受阻礙地從光球層流出去，但能夠被色球層中的原子與離子吸收的那些頻率，要離開就困難多了。更何況它們還經常發射到反方向，甚至被送回到光球層，在那裡又被負氫離子吸收，於是整個過程就又得重新開始。