日全食以其美丽和壮观征服了所有的人，但科学家更关注的是日全食发生时可以对日冕进行详细观测，以解决太阳物理中多年来未能解决的难题。
今年的8月1号，在我国的新疆、甘肃一带，发生了本世纪以来在中国境内的首次日全食。上百名来自世界各地的科学家聚集在甘肃省酒泉市的金鼎湖畔，观赏和观测了这一壮观的天文奇象。我们不禁要问：在各种科学观测手段如此发达的今天，科学家们为什么还要如此热衷于日全食的观测呢？
日全食以其美丽壮观深深地折服了所有的人。在发生日全食的短短几分钟内，天空迅速变得暗淡下来，瞬间变得犹如黑昼，星星开始在太阳旁边闪耀，大地也变得分外的肃穆与沉静。
但天文学家们并不仅仅是为了这份格外的美丽而来，他们有一个重要的任务，就是观测日全食时显示的日冕结构并测量它的物理性质。日全食发生时我们平时看到的光芒四射的太阳已被月亮完全遮住，只能看到一个黑色圆面。但正是因为如此，我们看到了平时见不到的景象：伸展到几个太阳半径之远的日冕。由于它亮度只有日面亮度的百万分之几，所以，除非把太阳本体全部挡住，否则是看不见的。这也就是为什么日全食观测对科学家如此重要：它提供了一个难得的观测日冕的机会。
科学家们为什么一定要观测日冕呢？这是因为，日冕的光虽然微弱，但对其延展结构物理本质的了解，却牵动着对太阳物理三大谜题的破解工作。
太阳是离我们最近的一颗恒星，为我们提供了丰富的观测资料。人类从很早就开始了对太阳黑子的观测，对太阳为什么发光的理解也带动了整个恒星结构和恒星演化理论的发展，其理论的主要贡献者贝特（Hans Albrecht Bethe）也于1967年获得了诺贝尔物理学奖。但这不等于说，我们已深刻了解和掌握了太阳上的各种物理现象。实际上，太阳物理领域内仍有三大未解谜题。它们长期困扰着太阳物理学家们，而这其中两个都是关于日冕的。
这三大谜题是：日冕的加热问题、太阳耀斑和日冕物理抛射的产生问题、太阳黑子周期性变化的起源问题。
谜题一：日冕为何有百万度的高温?
我们知道，在天体物理的尺度上万有引力起主要作用，使恒星和星系都有向其引力中心坍缩的趋势。原恒星坍缩的结果，是使热核反应在恒星内部点燃。热核反应产生的热能和光能，在向外传播的过程中产生辐射压，与恒星自身的引力达到动态平衡，从而形成从内到外温度递减的恒星结构。
这种恒星结构理论预言了太阳内部的温度从内部的上千万度降到表面的几千度，即太阳发光的源泉是恒星内部的热核反应。这一理论相当成功，理论预言的表面温度与恒星表面光谱测量的结果符合得很好。
但是，奇怪的是，光谱观测发现，到了表面光球层以外的日冕层，太阳大气的温度又突然增高到了上百万度。这与人们的常识似乎背道而驰。常识告诉我们：离热源越近，温度越高。而此处正好相反：到了日冕层，离热源（太阳核心）已经越来越远，温度反而升高了。这一奇怪的现象长期没有得到合理和公认的解释，因而被称为“日冕加热问题”。这一问题已经困扰天文学家七十多年了。
天文学家采取了各种手段来测量日冕的性质，如日冕的结构、不同区域的温度、密度、运动速度等，以期通过更详细了解来解开这个谜题。日本“阳光”卫星拍摄的软X射线波段的日冕像，反映出日冕中存在着许多复杂的结构。软X射线拍摄到的物质温度都在1～2百万度。其中较亮的环，反映了这些地方的热气体（约2百万度）比较多，在光球上一般对应着活动区所在（即太阳黑子）。“阳光”卫星拍摄到的这些大而粗的环给我们的印象是，日冕的结构是比较“大气”和“粗线条”的，即日冕中虽然存在着大尺度结构，但在小尺度上变化很小。
这种印象完全被更高分辨率的美国TRACE卫星的观测改变了。TRACE卫星拍摄的紫外波段的局部日冕像显示日冕中存在着十分丰富的精细结构，并且这些结构还在不断地变化发展着。日冕完全不像以前人们想象的那样是“粗线条”和“少变化”的，实际上是非常动态的，而这种动态特性有可能正与日冕被反常地加热有关。
谜题二：为什么会产生耀斑和日冕物质抛射等太阳活动?
日冕中不仅存在着TRACE卫星观测到的普遍存在的精细结构和动态演化，而且还存在着几类剧烈的活动现象，如太阳耀斑和日冕物质抛射。对这些现象物理本质的追问构成了太阳物理的第二大谜题，即为什么会产生耀斑和日冕物质抛射等剧烈活动现象。
太阳耀斑是指在日冕层或较低一点的色球层内观测到的亮度突然增加的现象。大的耀斑爆发时，其瞬间的亮度可以达到平时的几千倍。这些大的耀斑爆发后，如一条巨龙在太阳上飞舞。虽然天文学家们已经数千次地观测到了这些巨龙的飞舞，但到底为什么会产生这些耀斑，尤其是何时会产生这些耀斑，科学家们还无法准确地预言。
日冕物质抛射是太阳大气中最剧烈的一种活动现象。当日冕物质抛射爆发时，大量（约1015～1016 克）的等离子体物质被从接近日面的低日冕抛出，瞬时释放出巨大的能量。当这些物质和能量传播到地球附近时，可以造成短波通讯中断、卫星工作失常等破坏性现象。太阳观测卫星可以将太阳本体遮挡起来，以模仿日全食发生时的状态（用这种手段来观测日冕的仪器被称为日冕仪）。通过卫星上的日冕仪观测到的日冕物质抛射过程是这样的：抛射发生前太阳边缘一片宁静，可以看到冠状冕流结构（streamer），当原本平静的冠状冕流开始“膨胀”起来，即预示着一场爆发即将开始。随后我们可以清晰地看到向外抛射的日冕物质，它的结构一般呈三部分：外层的环状结构（loop），内部的密集核（core），以及两者之间的空腔（cavity），它们不断向外膨胀。
早期的日冕仪的观测范围在太阳边缘的1.1个太阳半径到2.5个太阳半径左右。要想知道日冕物质抛射在更大的范围内是如何传播的，就需要视场更大的日冕仪。SOHO (SOlar and Heliospheric Observatory)卫星上的C2和C3就是两台这样的日冕仪。它们可以观测从2.5个太阳半径到32个太阳半径之间日冕的快速变化。通过它们可以看到，在很大的尺度上，当日冕物质抛射已经传播到很远时，仍保持着三部分结构。
如果说太阳耀斑像太阳上发射的绚丽礼花和飞舞巨龙，那么日冕物质抛射就像是从太阳发射出的猛烈炮弹了。与太阳耀斑一样，虽然天文学家们已经近万次地观测到了这些“从太阳发射出的炮弹”，但到底为什么会产生这些爆发，尤其是何时会产生这些爆发，科学家们仍无法准确预测。(未完)
更多内容祥见《中国国家天文》2008年第9期