大學(xué)地球與空間科學(xué)《地球科學(xué)概論-太陽與太陽風(fēng)》課件

空間科學(xué)概論(5)

太陽與太陽風(fēng)內(nèi)容提要太陽的結(jié)構(gòu)太陽爆發(fā)性活動太陽周期性活動太陽活動對地球空間的影響SOHO衛(wèi)星看太陽：6Views白光磁像儀極紫外171A(1millionK)白光日冕儀極紫外284A(2millionK)極紫外

304A(70,000K)太陽的結(jié)構(gòu)日核輻射區(qū)對流區(qū)太陽大氣光球?qū)印⑸驅(qū)?、過渡區(qū)和日冕核輻射區(qū)對流區(qū)日冕光球?qū)用岫刺柡谧由驅(qū)尤甄磲槧铙w日核--核反應(yīng)區(qū)厚度約為太陽半徑的1/4，太陽能量的99%是由中心氫聚變?yōu)楹さ暮朔磻?yīng)產(chǎn)生的。deuteriumwithtritium氘氚氦中子輻射區(qū)太陽厚度的20%到80%，在核心產(chǎn)生的能量由光子向外輸送輻射區(qū)對流區(qū)光球?qū)尤蘸藢α鲄^(qū)

底部的溫度高，頂部的溫度低，

形成對流。太陽的密度太陽的溫度太陽大氣太陽大氣層從內(nèi)到外分為光球?qū)?、色球?qū)?、過渡區(qū)和日冕；主要成分是氫（質(zhì)量約占71%）與氦（質(zhì)量約占27%）；光球?qū)用岫刺柡谧由驅(qū)尤甄砉馇驅(qū)邮侨庋劭煽匆姷娜蛰?，幾百公里厚；可見光波段的輻射幾乎全部是光球?qū)樱还馇驅(qū)拥脑S多征：暗的黑子、亮的光斑、米粒和超米粒結(jié)構(gòu)。太陽黑子太陽光球上的黑色斑點(diǎn)，是光球上溫度較低、磁場很高的區(qū)域Swedish1-mSolartelescope,LaPalma,CanaryIslands太陽黑子米粒太陽黑子的形成高通量的帶電粒子和強(qiáng)磁場會阻礙對流,限制熱量傳輸?shù)教柋砻?以至于部分光球?qū)永鋮s，因此看上去黑一些。磁場俘獲的粒子太陽黑子對流元色球?qū)釉诠馇驅(qū)由厦娴牟灰?guī)則層，大約1500公里厚。用單色光觀測，可以看見它是的玫瑰紅色的氣層，因而得名光球?qū)?。過渡區(qū)色球?qū)优c日冕之間的薄層，在這個層的上下，溫度發(fā)生急劇變化。日冕過渡區(qū)之上是日冕層，延伸到數(shù)倍太陽半徑處；日冕是溫度108K的高溫、稀薄等離子體；SunspotMinimumSunspotMaximum酒泉.金塔,2008年8月

日冕環(huán)日冕環(huán)與地球比較冕洞在太陽x射線成像中暗的區(qū)域稱冕洞；冕洞是高速太陽風(fēng)的源；太陽風(fēng)在太陽表面，日冕氣體溫度很高，足以克服太陽引力，以400~800km/s的典型速度離開太陽，這個外流的等離子體稱為太陽風(fēng)；太陽風(fēng)主要由質(zhì)子和電子組成，也有少量的氦核與重離子；太陽風(fēng)高速流來自冕洞。太陽風(fēng)速度隨緯度的變化21太陽風(fēng)速度隨太陽活動的變化（11年變化）

2、太陽爆發(fā)性活動日冕物質(zhì)拋射太陽耀斑日冕物質(zhì)拋射(CME)日冕物質(zhì)被加熱和加速，速度超過逃逸速度而飛向行星際空間；大的CME可拋出10億噸物質(zhì)，噴發(fā)速度可達(dá)2000km/s；在太陽活動峰年，太陽每天發(fā)生大約3次CME:在太陽活動低年，大約每5天發(fā)生一次CME。CME的演變CME與行星的比較太陽耀斑太陽爆發(fā)性的能量釋放過程，持續(xù)時間從幾十秒到幾小時。主要特征是電磁輻射急劇增大；在強(qiáng)耀斑期間，紫外和X射線輻射可增強(qiáng)100倍。一次大耀斑釋放的能量高達(dá)1025J，相當(dāng)于4百億個廣島原子彈。在太陽活動高年，每周大約觀測到一次耀斑。太陽黑子與太陽耀斑耀斑形態(tài)耀斑與能量釋放耀斑伴隨的×射線發(fā)射太陽耀斑分級B:B1,B2,……B10（微小耀斑）C:C1,C2,……C10（小耀斑）M:M1,M2,……M10（中等耀斑）X:X1,X2,………

(大耀斑)耀斑引起太陽表面震動CME與耀斑大約有一半的CME與耀斑無關(guān)；耀斑伴隨著強(qiáng)烈的電磁輻射，并不總有粒子輻射；而CME主要是拋射物質(zhì)（磁化的等離子體）；大磁暴與CME密切相關(guān)，而太陽耀斑通常不引起磁暴。3、太陽周期性活動太陽電磁輻射與粒子輻射周期性的變化稱為太陽的周期性活動；主要周期活動：27天太陽自轉(zhuǎn)周變化、太陽黑子的11年周期變化和太陽磁場極性的22年周期變化。太陽黑子太陽黑子隨太陽表面旋轉(zhuǎn)，從地球上看，一個完整的旋轉(zhuǎn)需27天；黑子群，特別是具有復(fù)雜磁場位形的黑子群常常是發(fā)生耀斑的地方；黑子的月平均數(shù)變化翻身陀螺太陽磁場極性的22年周期變化X-raySun,1991-1995,Yohkohimagesevery4months11年太陽活動周期太陽磁場太陽磁場形態(tài)比地磁場復(fù)雜得多，圖中黑、白相應(yīng)于不同極性；太陽黑子區(qū)磁場最強(qiáng)；所有太陽活動都與磁場的演變有關(guān)。太陽可變性電磁輻射：在22年太陽活動周中，可見光波長變化比較小，在短波區(qū)(紫外和Χ射線)及射頻變化可達(dá)100倍；在耀斑期間Χ射線變化可達(dá)106。在11年太陽黑子周中太陽總輸出功率變化是千分之幾，但足以影響氣候變化。帶電粒子：包括低能太陽風(fēng)等離子體和高能粒子，它們攜帶了太陽的部分能量。太陽風(fēng)有以27天為周期的變化和由于日冕噴射的偶然變化。描述太陽活動的主要參數(shù)太陽黑子數(shù)；10.7cm射電通量(F10.7)；耀斑級；日冕物質(zhì)拋射（CME）；太陽風(fēng)速度10.7cm射電通量(F10.7)日冕物質(zhì)拋射對地球空間的影響太陽質(zhì)子事件磁暴高能電子暴太陽爆發(fā)對地球空間的效應(yīng)X射線暴

8分鐘到達(dá)地球電離層突然騷擾相對論高能粒子

10幾分鐘到達(dá)地球極區(qū)電離層電離增加影響極區(qū)通訊太陽能量粒子幾個小時到達(dá)地球?qū)教靻T的危害,對航天器的危害高速太陽風(fēng)

2天左右到達(dá)地球磁暴,亞暴電離層突然騷擾；電離層暴；極蓋吸收事件磁暴