太阳风

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索

太陽風暴 |G1=物理学 |1=zh-hans:等离子体; zh-hant:電漿; |2=zh-hans:等离子体; zh-hant:電漿; }}

位于“终端震波”附近的“旅行者”号空间探测器

太陽風(Solar wind)特指由太阳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”。

太阳风作用下的地球磁场示意图

太陽日冕層的高溫(幾百萬開氏度)下,原子已經被電離成帶正電的質子、氦原子核和帶負電的自由電子等。這些帶電粒子運動速度極快,以致不斷有帶電的粒子掙脫太陽的引力束縛,射向太陽的外圍,形成太陽風。太陽風的速度一般在200-800km/s。一般認為在太陽極小期,從太陽的磁場極地附近吹出的是高速太陽風,從太陽的磁場赤道附近吹出的是低速太陽風。太陽的磁場的活動性是會變化的,週期大約為11年。

太陽風一詞是在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。因此天文學家認為高速太陽風的產生與冕洞有密切的關係。太陽表面的磁場及等離子體活動對地球有很重要的影響。當太陽發生強烈的活動時,大量的帶電粒子隨著太陽風吹向地球的兩極,就會在兩極的電離層引髮美麗的極光

性質[编辑]

太阳风作用下的地球磁场艺术想象图

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]

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,这是通过在日全食时观察到的日冕的突出形状推算的。一些相关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计算分析了在如此高温及如此好的导热条件下气体的性质。他发现日冕一定会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对彗尾的逆太阳方向现象(即无论彗星运动方向是朝向太阳还是远离太阳,其尾部总是指向远离太阳的方向)开展了相关研究, 他推测是太阳吹出来的稳定的风压迫彗尾产生了这个现象。

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]