太陽圈電流片

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太陽圈電流片

太陽圈電流片Heliospheric current sheet,缩写为HCS)或太陽圈電流頁[1][2]太陽系內部磁場極性发生轉換的表面,這個區域在太陽圈內沿著太陽赤道平面延伸[2][3]。电流片的形状是受到行星际介质中太阳磁场旋转的影响而形成的,厚度大約为10,000公里,有一小股电流在电流片中流动,大小约为10-10A/m2

电流片下面的磁场称为行星际磁场,其产生的电流构成了一部分太陽圈電流迴路[4]。太陽圈電流片有時也稱為行星際電流片

太陽圈電流片的特征[编辑]

帕克螺旋

由于太陽自轉,磁場被扭曲成帕克螺旋Parker spiral),这是阿基米德螺旋的一種,是由尤金·帕克于1958年提出的[5],因而得名。電流片将帕克螺旋形状的磁場一分為二[6][7]。1970年代早期,Schatten發展出一個數學模型,當旋轉的磁場改變極性時會翹曲、變形,形成类似芭蕾舞裙的波浪螺旋形狀[8][9]。进一步的动力学研究表明,太阳如同一位害羞的女芭蕾舞演员,会将高高飘扬的裙摆反复向下压[10]

这种芭蕾舞裙形状的成因有时被称为“水龙头效应”或者“橡胶软管效应”[11][12],好比一个人手执水龙头上下挥舞并且快速旋转。水流好比太阳风不断向外喷射。

太陽圈電流片的磁場[编辑]

太陽圈電流片隨著太陽的自轉每27天轉一圈,在这期间地球的磁場會穿越其峰頂與谷底,并与之发生相互作用。在靠近太阳表面的地方,由电流片中的径向电流产生的磁场大约在5×10-6T量级[4]。太陽表面的磁场大小约为10-4T。如果是磁偶极场,其強度與距離的三次方成反比,地球軌道附近的磁场大約为10-11T。而实际上太阳磁场含有多极矩的成分,因此在地球附近实际大小要比这大100倍。

太陽圈電流片的電流[编辑]

太阳圈电流片中的电流向内流动,并与太阳磁场一道在太阳极区附近向外流动的电流构成闭合回路,总电流大约在3×109安培的数量级[4],太阳圈中电流密度最大的地方达到了10×-10A/m2的数量级。与其它天体物理过程中的电流片相比,产生地球极光柏克蘭電流只有大约100万安培,大小只有太阳圈电流片中电流的千分之一。

太陽圈電流片的研究歷史[编辑]

太陽圈電流片是由翰M. 威爾科克斯和諾曼F. Ness在1965年提出的[13]汉尼斯·阿尔文等人推測银河系也存在类似的星系電流片[14],估计电流大小为1017-1019安培,位于银河系的对称平面上。

参考文献[编辑]

  1. ^ 新聞:中央研究院天文及天文物理研究所翻譯,《兩個北極的太陽》,中央研究院,2003.4.22
  2. ^ 2.0 2.1 Dr. Tony Phillips, A Star with two North Poles, Science@NASA, 2003.04.22
  3. ^ Riley, Pete, Linker, J.A., Mikić, Z., 2002, Journal of Geophysical Research (Space Physics), 107, pp. SSH 8-1. doi:10.1029/2001JA000299 NASA ADS
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Israelevich, P.L., et al., 2001, Astronomy and Astrophysics, 376, 288. doi:10.1051/0004-6361:20010881 NASA ADS
  5. ^ Parker, E.N., 1958, Astrophysical Journal, 128, 664. NASA ADS
  6. ^ Schatten, K.H., 1976, Nature, 264, 730. doi:10.1038/264730a0 NASA ADS
  7. ^ Schatten, K.H., 1971, Cosmic Electrodynamics, 2, 232. NASA ADS
  8. ^ Rosenberg, R.L., Coleman, P.J., Jr., 1969, Journal of Geophysical Research, 74, 5611. NASA ADS
  9. ^ Wilcox, J.M., Scherrer, P.H., Hoeksema, J.T., 1980, The origin of the warped heliospheric current sheet. NASA ADS
  10. ^ Mursula, K., Hiltula, T., 2003, Geophysical Research Letters, 30, pp. SSC 2-1. doi:10.1029/2003GL018201 NASA ADS
  11. ^ Louise, K., Harra, K.O. Mason, Space Science, 2004, Imperial College Press, ISBN 1860943616.
  12. ^ Smith, E., "The Sun, Solar Wind, and Magnetic Field", July 1999, Proceedings of the International School of Physics Enrico FERMI Varenna, Italy.
  13. ^ Wilcox, John M., Ness, Norman F., 1965, Journal of Geophysical Research, 70, 5793. NASA ADS
  14. ^ Alfven, H., Carlqvist, P., 1978, Astrophysics and Space Science, 55, 487. NASA ADS

外部链接[编辑]