NHẬT HOA
Khác với quang cầu và sắc cầu, phần ngoài cùng nhất của khí quyển Mặt Trời là nhật hoa có độ dài lớn: trải suốt hàng triệu cây số, gấp mấy lần đường kính Mặt Trời, nhưng phần yếu dần còn vươn tiếp xa hơn. Nhật hoa (tiếng Anh: corona; tiếng Pháp: couronne, gốc tiếng Hy Lạp nghĩa là “mũ miện”, do đó đôi khi còn được gọi là nhật miện) là quầng sáng yếu hơn bao quanh đĩa Mặt Trời.
Mật độ vật chất trong nhật hoa giảm xuống khi độ cao tăng lên, nhưng chậm hơn nhiều so với mật độ của không khí trong khí quyển Trái Đất Không khí giảm mật độ khi bốc lên cao là do sức hút của Trái Đất. Trên bề mặt Mặt Trời lực hút lớn hơn nhiều và tưởng như khí quyển Mặt Trời không thể vươn cao được. Thế nhưng khí quyển Mặt Trời tại vô cùng rộng lớn. Vì vậy phải có những lực nào đó tác động chống lại sức hút của Mặt Trời. Những lúc này liên quan tới tốc độ chuyển động khủng khiếp của các nguyên tử và êlectron trong nhật hoa bị nung nóng với nhiệt độ 1 - 2 triệu độ!
Quan sát nhật hoa tốt nhất là khi có pha toàn phần của nhật thực. Thực ra trong vài phút đó rất khó vẽ được không chỉ những chi tiết riêng biệt mà thậm chí cả toàn cảnh nhật hoa. Mắt người quan sát chỉ vừa mới bắt đầu quen với cảnh tranh tối tranh sáng bất ngờ ập đến, thì tia Mặt Trời sáng chói xuất hiện từ đằng sau mép viền Mặt Trăng đã báo hiệu nhật thực toàn phần kết thúc. Bởi thế những bức phác hoạ nhật hoa do những nhà quan sát giàu kinh nghiệm thực hiện trong cùng lúc diễn ra nhật thực cũng vẫn khác hẳn nhau. Thậm chí không xác định được chính xác nhật hoa màu gì nữa. Nhờ phát minh ra nhiếp ảnh, các nhà thiên văn học đã có được một phương tiện nghiên cứu vừa khách quan vừa có thể lưu giữ như tư liệu. Tuy nhiên, để có được tấm ảnh nhật hoa thật tốt cũng không dễ dàng gì. Vấn đề là ở chỗ phần nhật hoa sát gần Mặt Trời (gọi là nhật hoa phía trong) quá sáng, trong khi nhật hoa phía ngoài trải xa rộng lại là một quầng sáng yếu ớt. Bởi vậy, nếu trong ảnh thấy rõ nhật hoa phía ngoài, thì nhật hoa phía trong lại bị phơi sáng quá lâu, còn nếu trong ảnh thấy rõ những chi tiết của nhật hoa phía trong thì nhật hoa phía ngoài lại hoàn toàn không rõ. Để khắc phục được khó khăn này, trong thời gian nhật thực thường người ta cố gắng chụp lập tức liền mấy ảnh nhật hoa với thời gian phơi sáng dài ngắn khác nhau. Hoặc là, trong khi chụp nhật hoa, người ta đặt trước kính ảnh một phin lọc "hướng kính" làm dịu bớt vùng vành chói sáng bên trong của nhật hoa. Trong những tấm ảnh như vậy có thể quan sát cấu trúc nhật hoa tới những cự ly lớn gấp nhiều lần bán kính Mặt Trời.
Những bức ảnh đầu tiên rất đạt đã giúp phát hiện được trong nhật hoa một số lượng lớn các chi tiết, như: các tia nhật hoa, "cung lửa" đủ loại, "mũ trụ" và những hình phức tạp khác liên quan rõ ràng với những vùng hoạt động mạnh.
Cấu trúc tia là đặc điểm chính của nhật hoa. Các tia nhật hoa có hình thức đa dạng nhất: khi là tia ngắn khi là tia dài, có cả những tia thẳng nhưng đôi khi lại rất cong.
Ngay từ năm 1897 nhà thiên văn học Alêcxây Paplôvich Ganxki ở đài thiên văn Puncôvô (Nga) đã phát hiện ra rằng toàn cảnh nhật hoa thay đổi theo chu kỳ. Hoá ra, điều này liên quan tới sự hoạt động của Mặt Trời theo chu kỳ 11 năm.
Theo chu kỳ 11 năm, nhật hoa thay đổi cả về độ chói chung cũng như hình dạng. Thời kỳ nào trên Mặt Trời nhiều vết tối nhất thì nhật hoa có hình khá tròn. Những tia nhật hoa thẳng và hướng dọc theo bán kính Mặt Trời có thể quan sát thấy ở xích đạo Mặt Trời cũng như ở vùng cực. Còn khi vết tối ít, tia nhật hoa chỉ thấy được ở những vĩ độ trung bình và vĩ độ gần xích đạo. Hình thù nhật hoa giãn căng ra. Ở vùng cực xuất hiện những tia rất ngắn gọi là những chổi con vùng cực. Do đó độ chói chung của nhật hoa bị giảm. Đặc điểm thú vị này của nhật hoa rõ ràng có liên quan đến sự dịch chuyển dần dần, theo chu kỳ 11 năm, của vùng có nhiều vết tối. Sau thời kỳ vết tối ít nhất thì các vết tối lại bắt đầu xuất hiện ở cả hai phía xích đạo tại vĩ độ 30 - 40o. Tiếp theo, vùng tạo vết tối dần dần chuyển về phía xích đạo.
Những nghiên cứu tỉ mỉ cho phép xác định rằng có một mối liên quan nhất định giữa cấu trúc nhật hoa và những hiện tượng riêng biệt trong khí quyển Mặt Trời. Ví dụ như bên trên những vết tối và đốm sáng thường thấy có những tia nhật hoa thẳng và rực sáng. Những tia bên cạnh bị uốn cong về phía những tia kia. Ở chân đáy của những tia nhật hoa độ chói của sắc cầu tăng lên. Những vùng như thế của sắc cầu thường được gọi là vùng bị kích hoạt. Nó nóng hơn và đặc hơn những vùng lân cận không bị kích hoạt. Phía bên trên những vết tối trong nhật hoa thường thấy có những hình sáng, phức tạp. Các tai lửa cũng thường được viền quanh bởi những màng bọc cấu thành từ vật chất của nhật hoa.
Nhật hoa là một phòng thí nghiệm tự nhiên độc đáo, nơi có thể quan sát vật chất trong những điều kiện khác lạ nhất không thể tạo nên được trên Trái Đất.
Trong khoảng thời gian chuyển từ thế kỷ XIX sang thế kỷ XX, khi vật lý plasma chưa ra đời, thì những đặc điểm của nhật hoạ quan sát được đã là một câu đố không lời giải. Xét về màu sắc, nhật hoa giống như Mặt Trời một cách lạ lùng, giống như thể ánh sáng Mặt Trời được phản ánh trên một tấm gương vậy. Tuy nhiên, ở phần nhật hoa phía trong những vạch Phraunhôphơ đặc trưng cho quang phổ Mặt Trời lại hoàn toàn biến mất. Những vạch này lại xuất hiện trở lại cách xa mép Mặt Trời trong nhật hoa phía ngoài nhưng rất yếu. Ngoài ra ánh sáng nhật hoa còn bị phân cục: những mặt phẳng mà trong đó các sóng ánh sáng dao động, phân bố gần như tiếp giáp với đĩa Mặt Trời. Càng xa dần Mặt Trời tỉ lệ ánh sáng phân cực thoạt đầu tăng lên (gần như đạt tới 50%), nhưng sau đó tại giảm xuống. Cuối cùng, trong quang phổ nhật hoa xuất hiện những vạch phát xạ sáng mà mãi đến gần giữa thế kỷ XX, người ta vẫn không thể nhận dạng đồng nhất chúng với một nguyên tố hoá học nào trong số những nguyên tố đã biết.
Thì ra, nguyên nhân chính của những đặc điểm trên của nhật hoa là do nhiệt độ cao của khí quá loãng. Ở nhiệt độ trên 1 triệu độ, tốc độ trung bình của các nguyên tử hyđrô là trên 100 km/s và tốc độ của những êlectron tự do còn lớn hơn khoảng 40 lần. Với những tốc độ như vậy, mặc dầu các khí vô cùng loãng (chỉ có 100 triệu hạt trong 1cm3, loãng hơn 100 tỷ lần so với không khí trên Trái Đất) nhưng vẫn rất thường xuyên diễn ra sự va chạm của các nguyên tử, đặc biệt với các êlectron. Lực va chạm của các êlectron mạnh đến nỗi các nguyên tử của những nguyên tố nhẹ hầu như đã đánh mất hoàn toàn tất cả các êlectron của mình và chỉ còn lại các hạt nhân nguyên tử “trần trụi”. Những nguyên tố nặng hơn bảo toàn được lớp vỏ êlectron ở sâu nhất đồng thời chuyển sang trạng thái ion hoá cao độ.
Như vậy, khí nhật hoa chính là plasma ion hoá cao, gồm rất nhiều các ion tích điện dương của đủ thứ nguyên tố có thể có vò một số lượng êlectron lớn hơn một chút, hình thành trong quá trình ion hoá các nguyên từ hyđrô (mỗi nguyên tử một êlectron), hêli (hai êlectron) và các nguyên tử nặng hơn. Trong một chất khí như vậy giữ vai trò chủ yếu là các êlectron chuyển động. Khí này thường được gọi là khí êlectron, mặc dầu đồng thời phải ngầm hiểu sự hiện diện của một số tượng ion dương đảm bảo được độ trung tính của plasma nói chung.
Mầu trắng của nhật hoa là do sự tán xạ ánh sáng Mặt Trời thông thường ở những êlectron tự do. Những êlectron này không góp năng lượng của mình khi tán xạ: khi dao động theo nhịp sóng ánh sáng, chúng chỉ làm thay đổi hướng của ánh sáng tán xạ đồng thời phân cực ánh sáng này. Những vạch sáng bí ẩn trong quang phổ sinh ra do sự bức xạ lạ thường của những nguyên tử ion hoá cao của sắt, agon, niken, canxi và của những nguyên tố khác xuất hiện chỉ trong điều kiện vô cùng loãng. Cuối cùng, những vạch hấp thụ tạo nhật hoa phía ngoài là do sự tán xạ ở những hạt bụi thường xuyên có trong môi trường giữa các vì sao sinh ra. Còn tại nhật hoa phía trong, không có các vạch là do khi tán xạ ở những êlectron chuyển động rất nhanh, tất cả mọi lượng tử ánh sáng bị thay đổi lớn về tần số đến nỗi thậm chí những vạch Phraunhôphơ của quang phổ Mặt Trời cũng hoàn loàn bị "tẩy sạch".
Như vậy, nhật hoa Mặt Trời là phần ngoài nhất thuộc khí quyển Mặt Trời, loãng nhất và nóng nhất. Cần nói thêm rằng, phần này cũng là phần gần chúng ta nhất: nó trải dài, vươn xa từ Mặt Trời dưới dạng một luồng plasma thường xuyên chuyển động, được gọi là gió Mặt Trời. Tới gần Trái Đất tốc độ của nó trung bình là 400 - 500 km/giây, đôi khi đạt tới xấp xỉ 1000 km/giây. Vượt xa ra khỏi giới hạn quỹ đạo sao Mộc và sao Thổ, gió Mặt Trời tạo nên một nhật quyển khổng lồ tiếp giáp với môi trường loãng hơn giữa các sao.
Thực tế là chúng ta đang sống trong vòng vây của nhật hoa, tuy niên đã có một rào chắn tin cậy bảo vệ chúng ta chống lại bức xạ xuyên của nó. Rào chắn này chính là từ trường Trái Đất. Qua nhật hoa, hoạt động của Mặt Trời ảnh hưởng tới nhiều quá trình diễn ra trên Trái Đất (các hiện tượng địa vật lý).
