太阳风源于日冕的漏斗状磁场结构

太阳风是由太阳向外流动的等离子体流。太阳发出的扰动通过太阳风传到地球,导致地球外层空间环境的扰动,影响人造卫星、通讯等高技术活动。自从1962年观测到太阳风以来,太阳风是如何产生的,就成为人类想要揭示的自然界奥秘。空间探测表明太阳风起源于太阳冕洞区域,但人们不知道太阳风起源于光球之上的具体高度。也就是说,人们知道太阳风起源的平面位置,却不知道其起源的高度层次。由于太阳大气的物理特性是随高度而变化的,因此,研究太阳风起源的高度对研究太阳风的形成机制有着重要意义。北京大学涂传诒等与中国科技大学、中科院国家天文台…     

太阳风暴及其影响

去年以来 ,各种新闻媒体多次报导太阳风暴事件。今年 4月 ,又发生了一次剧烈的太阳风暴 ,导致无线电通讯受阻。到底什么是太阳风暴 ?它对地球有哪些影响 ?本文将简要介绍这些问题。太阳风暴实际上是指太阳活动引起的太阳光辐射和粒子发射增强的现象 ,俗称太阳风暴。它不是科技术语 ,它与科学术语“太阳风”(ｓｏｌａｒｗｉｎｄ)是两回事。太阳风是指太阳最外层大气永不停止向外膨胀的稳定现象 ,太阳风暴则是太阳活动引起的偶发事件。因此 ,要理解太阳风暴 ,就得从太阳活动讲起。肉眼看到的太阳似乎完美无缺 ,洁净无瑕 ,但实际情况并非如此。…     

建议把Heliosphere译作"日球层"

Heliosphere一词泛指太阳风和同样源于太阳的行星际磁场所占据的整个空间体系.在我国空间物理学界,普遍把Heliosphere译作"日球".但在天文学界,总觉得译作"日球"容易误解为太阳,特别是对于不了解其真正含义的读者,因为他们往往联想到"月球"指月亮,"日球"应指太阳.     

太阳帆欲借太阳风飞太空

据美国宇航局太空网报道，长期以来人们一直希望能像早期的帆船利用风能一样，通过太阳帆利用阳光进行太空探索。现在美国行星协会希望重新修改美国宇航局的一个太阳帆设计，第三次尝试把首个太阳帆放飞到太空中。     

庚子年多难子虚乌有的天象谣言

正把持续降雨和洪水灾害与太阳系其他行星乃至银河系联系到一起,这是毫无科学道理的,稍有物理学常识的人都不会相信这样的说法。网传庚子年多灾多难,180年周期白元年,太阳、地球、木星、土星和银面并到一条线扰乱地球引力场、磁场,导致地震、洪水频发……"天道轮回,今年是小轮回的庚子年,更是180年周期的白元年,太阳、地球、木星、土星以及银面并到了一条线上,让地球引力场、磁场紊乱,太阳风离子更猛烈地扑     

“帕克”奔日 探寻太阳风起何处

正帕克太阳探测器在美国卡纳维拉尔角空军基地由Delta-4重型火箭发射升空,这艘探测器将以前所未有的距离靠近太阳,有望对多个科学问题的研究起到决定性的推进作用。除了给予地球光和热外,太阳也以另一种方式影响着我们的地球。一种被称作"太阳风"的高速等离子体流时刻从太阳表面涌出。当它到达地球附近时,会与地球的磁场发生作用。强烈的太阳风暴会引起     

美丽的宇宙景象 极光

既神秘又变化万千的极光并非气候现象,它是来自太阳的带电粒子“太阳风”被地球磁场捕捉并加速后与超高层大气碰撞而发出的光,可以说是在地表     

美宇航局将探测太阳大气层

据国外媒体报道,美国宇航局决定实施一项雄心勃勃的任务,发射太阳探测器PLUS进入太阳上层大气层,与太阳上演从未有过的亲密接触.太阳探测器PLUS携带4个实验装置,将进入日冕研究太阳风和高能粒子.在与太阳之间的距离达到最近时,太阳探测器PLUS外部的温度将接近2500华氏度.按照计划,太阳探测器PLUS将搭乘“联合发射联盟”公司的德尔塔4型重型火箭,从佛罗里达州的卡纳维拉尔角空军基地发射升空.     

地球为什么有尾巴

彗星的漂亮尾巴引起了天文爱好者的极大兴趣。许多年来，从人造地球卫星上得到的数据表明，地球也有一条尾巴，而且还长达几百万千米。在地球的内部，存在着强大的磁场。当太阳风以每秒４５０千米的速度冲向地球时，无法穿过强大的地磁场，因此在距离地心１０个地球半径，面向太阳的地方，形成了磁顶。磁顶好比一道防护林，保护着地球上的人类及其他生物，使动植物免遭太阳风的侵害。由于太阳风与地磁场的相互作用，地磁场的磁力线中性面在高空突然向背向太阳的一面弯曲，地球磁场便一直延伸到几百万千米的地方。由于它是一个磁场，所以管它…     

建议把heliosphere译作“日球层”

Heliosphere一词泛指太阳风和同样源于太阳的行星际磁场所占据的整个空间体系。在我国空间物理学界，普遍把Heliosphere译作“日球”。但在天文学界，总觉得译作“日球”容易误解为太阳，特别是对于不了解其真正含义的读者，因为他们往往联想到“月球”指月亮，“日球”应指太阳。台湾学者把He—     

温室效应

温室效应原指透过温室玻璃入射阳光所造成的室内增温受阻于玻璃不易散失而得以保存的效应。大气中二氧化碳对于来自太阳的短波辐射吸收很少,地表受到大量的     

人造飞行器将首次进入太阳系外空间

1977年发射的“旅行者”1号飞船经过漫长的旅行,已飞出了太阳系的激波边界,即将成为第一个进入太阳系外空间的人造航天器。在近28年的飞行后,“旅行者”1号目前距太阳近140亿千米。它所在的区域里,太阳的影响已急剧减弱,带电荷的太阳风急剧减速后已变成了稀薄的恒星间气体,这里被称为太阳风鞘。“旅行者”项目科学家爱德华·斯通形象地比喻说,这艘飞船如今已进入“长跑最后一圈”,它正在探测太阳系最外层的边界。在远离太阳的黑暗、寒冷空间,“旅行者”依靠它装备的放射性同位素热电机组驱动。     

太阳风暴及其影响

去年以来,各种新闻媒体多次报导太阳风暴事件。今年4月,又发生了一次剧烈的太阳风暴,导致无线电通讯受阻。到底什么是太阳风暴？它对地球有哪些影响？本文将简要介绍这些问题。太阳风暴实际上是指太阳活动引起的太阳光辐射和粒子发射增强的现象,俗称太阳风暴。它不是科技术语,它与科学术语“太阳风”(solar wind)是两回事。太阳风是指太阳最外层大气永不停止向外膨胀的稳定现象,太阳风暴则是太阳活动引起的偶发事件。因此,要理解太阳风暴,就得从太阳活动讲起。肉眼看到的太阳似乎完美无缺,洁净无瑕,但实际情况并非如此。借助各种专门的太阳望远镜进行观察,就可发现太阳表面常在一些局部区域出现某种特殊现象,或者说发生一些事件,即所谓太阳活动现象。例如在太阳的低层大气(光球层)中出现成群的太阳黑子和光斑,在高层大气(色球和日冕)中出现日珥和谱斑,有时发生太阳耀斑和日冕物质抛射等现象。黑子是日面上的暗黑斑块,它们的本质是太阳表面的局部强磁场区(磁场强度为几千高斯),且具有复杂的磁场极性分布。但黑子区的温度比周围低,显得暗黑。光斑是光球层的高温区,谱斑是色球层中的高温区。日珥是突出于太阳表面的火焰。耀斑则是太阳大气中大规模的能量释放现象,就是太阳爆发,是最剧烈的太阳活动现象。日冕物质抛射也是另一种形式的剧烈太阳活动。黑子、光斑、谱斑和日珥等活动的空间尺度一般为几万至十几万公里,寿命为几天至十几天。日冕物质抛射涉及的空间尺度更大,但持续时间较短。太阳耀斑区的大小约为几千至几万公里,持续时间只有几分钟至几十分钟。耀斑发生时,从耀斑区发射出很强的光辐射(主要为X射线和紫外波段),以及高能粒子流(主要为质子和电子)和低能等离子体。一次耀斑释放的总能量可达到10³²至10³³尔格。太阳耀斑是各种太阳活动现象中对地球影响最大的现象。观测表明,上述各种太阳活动现象倾向于发生在以黑子为中心的局部区域中(称为太阳活动区)。因此一般来说,当太阳上的黑子群和黑子数目较多时,其他各种活动现象也增多。换句话说,可以用黑子群和黑子多寡来代表太阳活动的平均水平。通常用所谓黑子相对数来代表每天的太阳活动水平。黑子相对数定义为R=10g+f,其中g和f分别代表当天日面上的黑子群和黑子数目。人们通过长期观测发现,黑子相对数R的年平均值具有11年左右的周期性变化。年平均值极小的年份表示该年日面上很少出现黑子,因而其他各种活动现象也不多,这样的年份称为太阳活动极小年。反之,R的年均值极大的年份,意味着该年日面上太阳黑子和其他活动现象频繁和剧烈,称为太阳活动极大年。相邻两次极小年之间的时间间隔(11年左右),称为一个太阳活动周。国际上统一规定从1755年极小年起算的太阳活动周为第一周。目前我们正处在从1996年开始的太阳活动第23周。它的极大年在2000年附近,因此从去年至今,日面上经常出现很多大黑子,太阳风暴也经常发生。宏观上稳定的太阳为何会出现太阳活动现象,一直是太阳物理学家的重点研究课题。目前认为太阳活动系起源于太阳内部的原有弱磁场(许多天体,包括恒星和行星都有磁场)与太阳自转相互作用的结果。太阳自转很特殊,即赤道区的自转较快(约27天转一周),两极区较慢(约34天转一周),称为较差自转。理论研究表明,正是这种较差自转能够把太阳内部的微弱磁场拉伸放大,形成管状的强磁场,称为磁流管。因磁流管具有磁浮力,会逐渐向太阳表面升浮。当这些磁流管升浮到太阳表面时,与太阳表面碰撞,并拱出表面,在那里形成局部强磁场区,就是太阳黑子。而光斑、谱斑、日珥、耀斑和日冕物质抛射等其他活动现象,则是黑子区的强磁场与太阳等离子体相互作用的结果。太阳活动具有11年左右的周期,也可以用太阳发电机理论予以解析。地球实际上是浸泡在太阳光辐射和粒子流(太阳风)当中,因此地球附近空间环境的主要特征在很大程度上是由太阳光辐射的能谱(辐射强度随波长的变化)和粒子流的能谱(粒子流量随粒子能量的变化)确定的。太阳稳定的光辐射和粒子流确定了地球附近空间环境的定常状态。例如,在太阳X射线和紫外线的作用下,地球大气中形成了电离层和臭氧层,而太阳风则把地磁场压缩成彗星的形状(称地磁层),并在其中形成了内、外辐射带,它们是被地磁场捕获的太阳粒子的集中区。在此基础上,太阳活动产生的光辐射(主要是X射线和紫外线等短波辐射)和粒子流发射增强,就构成了对定常状态的扰动,产生了各种异常现象,也称为地球物理效应。太阳活动对地球的影响,最严重的就是太阳上发生耀斑时产生的一系列地球物理效应。最先是耀斑产生的X射线和紫外线(特别是其中波长为1～10埃的X射线)于8分多钟后到达地球,使地球电离层中最低层(D层)的电子密度突然增大,从而使无线电通讯中依靠更高电离层(E和F层)反射的短波(波长约10～50米)在其通过D层时受到严重吸收,造成通讯信号减弱,甚至中断。这一现象也称为电离层突然骚扰^*。耀斑发射的高能粒子流(其主要成分为质子)一般于耀斑发生后几小时至十几小时到达地球附近。这些粒子的能量很大,将对人造卫星和宇宙飞船等航天器造成损害,甚至殃及宇航员生命。1991年3月,太阳的几次大耀斑发射的高能粒子流,曾损坏了日本广播卫星的电池板,造成供电不足,使其3个频道中的一个不能工作。欧洲海事通讯卫星MARECS-A也因表面带电引起局部弧光放电,损坏了太阳能电池板,使其功率下降而退出服务。1990年11月初的太阳耀斑发射的高能粒子流也曾使我国的“风云一号”气象卫星受到轰击,造成计算机程序混乱,无法控制卫星姿态,导致卫星在空间翻转。高能粒子流伤害宇航员的事故尚未发生,然而地面实验室的模拟表明,太阳耀斑发射的高能粒子流将会对进行太空行走的宇航员造成伤害,即使对在航天器中的宇航员,也会造成相当严重的危害。因此,应当尽量避免在太阳活动强烈时期进行航天(特别是载人航天)活动。为了避免危险,载人航天器一般都在内辐射带高度以下(低于800公里)飞行。这样可以在一定程度上受到辐射带的保护。甚至在高纬和极区附近飞行的高空飞机,由于那里没有辐射带的保护(地球辐射带的纬度范围只有±70°),也会受到耀斑发射的高能粒子的轰击,危及乘客的安全。英国皇家航空公司就曾制订过避免太阳高能粒子损害的飞行规章。太阳耀斑发射的更大量的低能粒子为同等数量的电子和质子所构成的等离子体。它们通常在耀斑发生后1～3天到达地球,冲击地球磁层和电离层,引起磁暴和电离层暴。大量低能粒子通过地球两极地区进入电离层(主要是下层)后产生电离层暴,它对无线电通讯造成的损害比上述电离层突然骚扰要严重得多,一般会持续好几天。这些粒子撞击地球极区高空大气的原子和分子,使它们受到激发而发光,出现壮丽的极光现象。另一方面,大量低能粒子在地磁场中运动还会产生强大的感应电流,它在引起磁暴的同时,还会严重损坏高纬地区的供电设备和输油管道,甚至电话线路。例如,1989年3月一系列太阳耀斑发射的等离子体引起的磁暴期间,加拿大魁北克地区的电力系统遭到严重破坏,电力供应中断9小时,影响到600万居民的生活。磁暴期间,由于地磁场的正常状态遭到破坏,因此还会影响到利用地磁场进行作业的其他领域,如物理探矿、导航和航测等部门,甚至使信鸽迷路。除了耀斑以外,其他一些太阳活动现象,如特大的黑子群、日珥爆发和日冕物质抛射等,也会有X射线和紫外线增强,以及粒子流发射。一般来说它们的强度不及耀斑,但是它们的累积效应也会对地球产生影响。太阳活动产生的短波(X射线和紫外线)增强和粒子流一般只能到达地球的高空大气,主要对电离层,至多对平流层(位于12～50公里高度,臭氧也在这一层)产生影响。它们不能直接达到天气现象所在的对流层。然而,从上一世纪的统计研究却发现,太阳黑子相对数和太阳耀斑的发生与地球上一些地区的气象和水文参数之间存在相关性。这些参数包括平均气温、气压、雷暴频数、季风频数、旱涝程度,以及大河流的水位和港口冰冻期等。最明显的即许多地区的年平均气温与黑子相对数年平均值同步变化。研究也显示太阳耀斑发生之后的第3～4天,一些地区的雷暴频数明显增加。这些现象表明,太阳活动与天气现象之间密切相关,但其物理机制目前尚不很清楚。太阳活动引起的短波辐射增强和粒子流增强还会使地球大气受到加热。这将使低层大气向高层运动,相当于大气整体向外膨胀,导致高空大气密度增大,从而使在高空运行的人造卫星受到更大的阻力,造成卫星轨道衰变,寿命缩短。有人认为,这种低层大气向高层运动也可能造成大气环流变化,从而影响到天气现象。此外,太阳耀斑等引起的地球大气膨胀还会改变大气角动量,从而影响地球自转。1959年7月和1972年8月发生的两次大耀斑,均造成地球自转突然变慢。有些研究表明,一些地区的地震发生率似乎与太阳活动有关,有可能是太阳活动引起的地磁场扰动和地球自转的微小变化激发了地震的发生。至于有些研究表明某些疾病、农产品产量、人的情绪、甚至交通事故等与太阳活动的联系,有一部分可能是太阳活动产生的紫外线增强、地磁场变化或天气变化等因素间接造成的,这些方面还存在较大争议。除了极少数特大耀斑发射的非常高能的相对论性粒子(能量超过500兆电子伏特的粒子),可以突破地磁场的束缚到达地面(这种现象称为地面太阳宇宙线事件)外,一般耀斑和其他太阳活动产生的粒子均被地磁场捕获在高空地带,不会到达地面。各种太阳活动产生的光辐射增强主要限于波长在1500埃的远紫外和X射线波段。而且波长愈短,增强愈剧烈。但在波长大于1500埃的紫外线、可见光和红外波段,辐射强度并无明显变化。探空火箭和人造卫星上搭载的仪器测量结果表明,太阳活动期间,波长在100～1000埃的太阳辐射强度,会比平时增强10倍左右;10～100埃之间的辐射强度,会比平时增大100倍左右;而波长短于10埃的X射线强度,可以超过平时的1000倍以上。不过值得庆幸的是地球大气对紫外线和X射线有屏蔽作用。对于波长为3000埃的紫外线,地球大气的透过率只有0.011,即只能透过约1%。对于波长比2800埃更短的紫外线和X射线,地球大气的透过率几乎为零。因此,上述太阳活动引起的紫外线和X射线增强,虽然高达几十至上千倍,但是只能在高空测量中看到。对于在地面日常生活中的人们来说,这种辐射增强是难以觉察的。因此可以估计,太阳活动期间在地面的太阳紫外辐射增强最多只有百分之几,绝不会超过10%。同时,即使是在太阳活动峰年,仅仅是太阳活动比较频繁,并非时时刻刻都有太阳活动。因此因太阳活动峰年而改变人的生活方式是没有必要的。太阳活动虽然强烈,但它发射的能量与整个太阳辐射能相比,则是微不足道的。例如,太阳大耀斑的发射能量(包括它的光辐射和粒子发射)估计为4×10³²尔格。假定其持续时间为1小时,则可算出其平均发射功率为每秒10²⁹尔格。这与太阳的总辐射功率每秒3.845×10³³尔格相比,是可以忽略的。更何况太阳也并非每时每刻都有耀斑。因此,存在太阳活动丝毫无损于把太阳视作一颗稳定的恒星。大功率的稳定辐射叠加上小功率的周期性的太阳活动,这就是现阶段太阳的主要特征。 ---------------------第38页* 林元章研究员是天文学名词审定委员会副主任。---------------------第39页* 天文学名词审定委员会已将“电离层突然骚扰”定名为“电离层突扰”。     

是我摇荡着大海

一个船夫摇着小船在大海中行驶,浪花不断地向小船涌来,小船随着波浪微微地荡漾。一只海鸥栖在船夫的肩头,对他说:“你多幸福啊,大海摇荡着你,就像在打秋千一样。”船夫听了,摇摇头笑着说:“不对,是我在     

科学家研制宇宙辐射防护罩

美国宇航局的"好奇"号火星任务得出的证据显示,踏上地球一火星往返之旅的宇航员将面临宇宙射线的大剂量辐射和高能太阳粒子的侵袭。宇航局表示火星飞船受到的辐射剂量大约相当于地球上年平均暴露剂量的100倍。为了保护宇航员的健康,英国科学家正在研制一种星际迷航型防护罩。宇航局约翰逊航天中心研究辐射问题的健康专家埃迪·希蒙斯在接受美国有线电视新闻网(CNN)采访时表示,完全阻隔辐射的防护盾厚度将达到数米并且非常笨重,很难应用于宇宙飞船。相比之下,《星际迷航:暗黑无界》中出现的防护罩则没有这种缺陷。在这部科幻作品中,科克船长下令"升起防护罩"。"进取号"的船员们随着防护罩的升起,立即在环境恶劣的太空中受到保护。而英国卢瑟福-阿     

野生锁阳的踪迹

信步在锁阳城内城和外城周围,路上不时是羊粪蛋以及驴粪块,偶尔也有黄羊干粪和它们的蹄印。太阳直射在这片荒凉的地方,像是在制造曝光过度的效果,让你不得不眯起眼睛。然而一种名叫"锁阳"的壮阳植物就长在这片地方。据     

何为引力波

正美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)2016年2月11日宣布在位于美国华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的两个探测器上首次同时探测到了引力波。该引力波的波源是离地球大约410兆秒差距(约13.4亿光年,红移0.09)的双黑洞并合事件,标记为GW150914。两个黑洞的质量分别为36和29个太阳质量,并合后形成的黑洞有62个太阳质量,其余3个太阳质量以引力波的形式辐射出来。这一重大发现引起了科学家和社会大众的高度关注。引力波(gravitational wave):广义相对论预言的引力场的波动形式,就是引力扰动在空间的传播。像电磁波一样,引力     

太阳为何会频发耀斑现象

<正>从2017年9月初太阳活动区爆发了X级耀斑后,太阳便开始稳定地产生耀斑。这是目前所处周期中记录到的最强的一次耀斑爆发——强度达到了X9.3级,尽管听上去有点吓人,但科学家称这是恒星的正常现象,无需担忧。太阳耀斑是在太阳磁场活动期过后爆发的强烈辐射,尽管地球大气层可挡住大部分有害射线,但辐射仍会干扰GPS、无线电和通信信号,在靠近极地的地     

旅行者号或许未到达星际空间

<正>2012年,旅行者号任务团队宣布,旅行者1号已经进入星际空间,成为有史以来距离地球最远的人造物体。不过,在这一历史性声明过去两年之后,尽管有后续的观察数据支持,但有关旅行者1号是否真的越过太阳圈的争议还在继续。有些科学家认为,旅行者1号还处于太阳圈之内,并未到达星际间的空间。太阳圈是太阳风吹入星际物质的空间中形成的气泡,充满了来自太阳风的高能粒子。     

五彩斑斓之海底世界

大海永远是美丽的,大海永远是神秘的;大海也有平静的时刻,大海也有狂暴的瞬间。生活在海里的生物们呢,它们又是怎样的呢?它们是怎样生活的呢?让我们先看一下海底生物的尊容吧。五彩斑斓之海底世界