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太阳风

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在太陽風裡的離子遇上日球層頂

太陽風暴(Solar wind)是從恆星上層大氣射出的超高速等离子体(带电粒子)流。在不是太陽的情況下,这种带电粒子流也常稱爲“恆星風”。

太阳风在磁层

太陽日冕层的高温(几百万開氏度)下,原子已经被電離成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快,以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚,射向太陽的外围,形成太陽風。 太陽風的速度一般在200-800km/s。 一般認為在太阳极小期,從太陽的磁場极地附近吹出的是高速太陽風,從太陽的磁场赤道附近吹出的是低速太陽風。太陽的磁場的活动性是會變化的,週期大約為11年。

太陽風一词是在1950年代被尤金·派克提出。但是直到1960年代才證實了它的存在。長期觀測發現,當太陽存在冕洞時,地球附近就能觀測到高速的太陽風。因此天文学家認為高速太陽風的產生與冕洞有密切的關係。太阳表面的磁场及等离子体活动对地球有很重要的影响。当太阳发生强烈的活动时,大量的带电粒子随着太阳风吹向地球的两极,就会在两极的电离层引发美丽的极光

性質[编辑]

Magnetosphere rendition.jpg

在太阳系中,太阳风的组成和太阳的日冕组成完全相同。73%的是,25%的是,还有其他一些微蹤杂质。可是目前還没有精確的測量結果。2004年Genesis的取樣分析失敗,因為在它返回地球時的緊急降落沒有打開降落傘。 在地球附近,太阳风速为200-889 km/s,平均值为450 km/s。大约800 kg/s的物质被以太阳风的形式从太阳逃逸。这同太阳光线的等价质量相比是很小的。如果把太阳光线的能量换算成质量,大约每秒钟太阳损失4.5Tg(4.5\times10^{9} kg)的质量。

太阳风中的电子、质子的平均能量是1.5至10电子伏特,太阳喷射出的粒子数目为1.3×1036 每秒。因此太阳风的功率为1.95至13×1036 电子伏特每秒,即3.1239至20.826×1017瓦特。这与太阳的辐射通量3.846×1026瓦特相比,太阳风的能量是太阳的电磁辐射的0.812至5.41×10-9,即十亿分之一量级。

因为太阳风是等离子体,所以太阳磁场被它承载。由于太阳的转动,太阳磁场被太阳风拉扯成螺线形状。通常太阳风的能量爆发来自于太阳耀斑或其他被称为“太阳风暴”的气候现象。这些太阳活动可以被太空探测器卫星测到,主要标志是强烈的辐射。被地球磁场俘获的太阳风粒子储存在范艾倫辐射带中,当这些粒子在磁极附近与地球大气层作用引起极光现象。 具有和地球类似的磁场的其他行星也有极光现象。

在星际媒质(主要是稀薄的氢和氦)中,太阳风就像是吹出了一个“大气泡”。在太阳风不能继续推动星际媒质的地方称之为日球层顶(heliopause),这也通常被认为是太阳系的外边界。 这个边界距离太阳到底多远还没有精确的结果,可能根据太阳风的强弱和当地星际媒质的密度而变化。一般认为它远远超过了冥王星的轨道。

历史[编辑]

古中國人在对彗星的长期观察中,認為是太阳的彗尾吹向背离太阳的方向[1]

在二十世纪三十年代,科学家已经知道太阳的日冕层有几百万摄氏度的高温,这是从它的在日全食时观察到的突出形状推算的。一些非常聪明的光谱分析工作也证实了这个高温。 在五十年代,英国数学家Sydney Chapman通过计算获得了在如此高温及如此好的热的良导体条件下气体的性质。他发现日冕一定延伸到地球轨道以外的空间中。同样在五十年代,德国科学家,Ludwig Biermann对彗星的彗尾的逆太阳方向感兴趣,也就是无论彗星是朝向太阳运动,还是远离太阳而去,他的尾巴总是指向远离太阳的方向。 他因此推测是太阳吹出来的稳定的风压迫这个彗尾产生这个现象的。

1958年,Parker预言应该有一股强劲的风从太阳不间断的吹出来,使等离子体充斥行星际的空间。 在此之前,科学家认为这个空间是一个真空。 Parker 意识到在Chapman的模型中太阳向外发散热量与Biermann得用来解释彗尾的假设应该是同一种现象。Parker证明即使日冕被强烈的太阳引力束缚,由于它是热的良导体。日冕仍然会在离太阳很远的距离处保持高温。这是因为引力的大小随着距离的增大而减小, 所以在日冕外层的太阳大气会逃逸到空间中去。

当时对Parker太阳风假说的反对意见是很强的。 他给天文物理期刊投递的论文被两个评审员拒绝了。但是当时的编辑蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡(他后来获得了1983年诺贝尔物理学奖)保存了这篇论文。

在二十世纪六十年代,这个太阳风假说被直接的卫星观测证实了。此发现永远的改变了科学家对行星际空间的看法,并得以解释很多现象,像“磁暴”(可以使地球上的供电网络瘫痪)、极光还有其他一些太阳地球现象甚至遥远的恒星形成等。

文獻[编辑]

參考資料[编辑]

參見[编辑]