臺北市立天文科學教育館

日出號（Hinode）是由日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）主導，並與美國國家航空暨太空總署（NASA）、英國及歐洲太空總署（ESA）合作的太陽觀測衛星，於2006年成功發射。其主要任務是以高解析度觀測太陽大氣層的結構與活動，特別是日冕與太陽黑子區域，藉此深入理解太陽磁場與能量釋放的機制。

日出號搭載的極紫外線成像光譜儀是其關鍵科學儀器之一，能夠觀測來自太陽的極紫外線光譜。當太陽大氣中的原子受到加熱時，會釋放出具有特定波長的光，形成光譜線。每一條光譜線對應特定元素及其電離態。以鐵元素為例，Fe XIII 的兩條重要光譜線分別出現在 203.8 Å 和 202.0 Å 位置。

這兩條光譜線的強度比值，能夠用來推算當地太陽大氣的電子密度。下圖（1）顯示了理論上光譜線強度比值（Line Intensity Ratio）隨電子密度（Log₁₀ Density）變化的關係圖。

密度推算範例：

若 λ203.8 的光譜線強度為 225 單位，而 λ202.0 為 150 單位，則：

225 / 150 = 1.5

根據圖（1），當比值為1.5時，對應的氣體密度為：

log₁₀ D ≈ 9.5

換算為一般單位：

D = 10^9.5 ≈ 3.2 × 10⁹ 顆原子/cm³

下圖（2）則顯示了模擬日出號觀測Fe XIII λ203.8 與 λ202.0 的光譜線強度比值隨時間變化的情形，可用來分析大氣密度隨時間的變化趨勢。

問題 1：

在第20至30分鐘這段時間內，太陽大氣的密度是否有顯著變化？請說明密度是上升還是下降。

問題 2：

請估算觀測初期（約5分鐘）和觀測高峰（約25分鐘）時，太陽大氣的密度（單位：顆原子/cm³）。

問題 3：

這樣的密度變化可能與哪一類太陽活動有關？請簡要說明可能原因。

參考資料：Space Math