塞曼效應(yīng)測天體磁場

1、塞曼效應(yīng)測天體磁場塞曼效應(yīng)(Zeeman effect),在原子、分子物理學(xué)和化學(xué)中的光譜分析里是指 原子的光譜線在外磁場中出現(xiàn)分裂的現(xiàn)象。塞曼效應(yīng)是1896年由荷蘭物理學(xué)家 塞曼發(fā)現(xiàn)的.他發(fā)現(xiàn)，原子光譜線在外磁場發(fā)生了分裂。隨后洛侖茲在理論上解 釋了譜線分裂成3條的原因。這種現(xiàn)象稱為“塞曼效應(yīng)”。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，很多原子的光譜在磁場中的分裂情況非常復(fù)雜，稱為反常塞曼效 應(yīng)。完整解釋塞曼效應(yīng)需要用到量子力學(xué)，電子的軌道磁矩和自旋磁矩耦合成總磁矩，并 且空間取向是量子化的，磁場作用下的附加能量不同，引起能級分裂。在外磁場中，總自旋 為零的原子表現(xiàn)出正常塞曼效應(yīng)，總自旋不為零的原子表現(xiàn)出反常塞曼

2、效應(yīng)。塞曼效應(yīng)是繼 1845年法拉第效應(yīng)和1875年克爾效應(yīng)之后發(fā)現(xiàn)的第三個磁場對光有影響的實(shí)例。塞曼效 應(yīng)證實(shí)了原子磁矩的空間量子化，為研究原子結(jié)構(gòu)提供了重要途徑，被認(rèn)為是19世紀(jì)末 20世紀(jì)初物理學(xué)最重要的發(fā)現(xiàn)之一。利用塞曼效應(yīng)可以測量電子的荷質(zhì)比。在天體物理中， 塞曼效應(yīng)可以用來測量天體的磁場。應(yīng)用正常塞曼效應(yīng)測量譜線分裂的頻率間隔可以測出電子的荷質(zhì)比。由此計(jì)算得到的荷 質(zhì)比數(shù)值與約瑟夫湯姆生在陰極射線偏轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中測得的電子荷質(zhì)比數(shù)量級是相同的，二者 互相印證，進(jìn)一步證實(shí)了電子的存在。塞曼效應(yīng)也可以用來測量天體的磁場。1908年美國 天文學(xué)家海爾等人在威爾遜山天文臺利用塞曼效應(yīng)，首次測量到

3、了太陽黑子的磁場。對太陽圓面的各種特征現(xiàn)象進(jìn)行磁場測量，太陽黑子是磁場最強(qiáng)的區(qū)域。以黑子為主要 標(biāo)志的太陽活動區(qū)也必然受黑子強(qiáng)磁場的制約而變化。太陽黑子實(shí)際上就是聚集著大量磁通 量的區(qū)域。太陽黑子為我們研究太陽結(jié)構(gòu)和太陽活動規(guī)律帶來很多信息，為我們研究等離子 導(dǎo)電流體提供大尺度的實(shí)驗(yàn)基地，以下是共旋起電”假說認(rèn)為的太陽黑子磁場形成機(jī)理。由于太陽帶正電的離子層和帶負(fù)電的電子層同向旋轉(zhuǎn)形成在太陽上存在二種極性相反 的偶極磁場。等離子體,在高溫、高壓、強(qiáng)引力、強(qiáng)電磁力作用下將受到安培力，洛倫茲力 等力的作用。太陽物質(zhì)進(jìn)行著了強(qiáng)烈的而有序的運(yùn)動，安培力的作用。根據(jù)高斯定理，可計(jì)算出太陽球面內(nèi)的電場強(qiáng)度

4、為零，但是日幔對流 層中的等離子體在太陽自轉(zhuǎn)時，正電荷的離子與負(fù)電荷的電子一起繞日軸順時針旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動 著的正電荷和負(fù)電荷好比通過方向相反的電流，這些電流所產(chǎn)生的磁場對等離子體本身會產(chǎn) 生安培力的作用。洛倫茲力的作用。太陽球面內(nèi)的電場強(qiáng)度雖然為零，但太陽磁場對太陽球面內(nèi)的運(yùn)動 帶電粒子有著洛倫茲力的作用。帶電量q，以速度v運(yùn)動的帶電粒子，在磁場B中受磁場 的作用力Fm為：風(fēng)； Fm就叫洛倫茲力。很明顯洛倫茲力Fm與帶電粒子的 運(yùn)動速度日和磁場吾都是垂直，這就導(dǎo)致了帶電粒子在磁力作用下的運(yùn)動和粒子在其他力 場中的運(yùn)動有一些明顯的不同。由于太陽上存在著二種極性相反的偶極磁場是與時俱在的。 這二種極性相反的偶極磁場，在太陽磁赤道上均表現(xiàn)為磁場的徑向分量為零，在太陽南北半 球上各自極性是相反的。從共旋理論可以得出計(jì)算黑子磁場的公式：B =叩.寸 p （a*、2+ b2 - aa2 ）。式中