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

空間科學(xué)概論(5)

太陽(yáng)與太陽(yáng)風(fēng)內(nèi)容提要太陽(yáng)的結(jié)構(gòu)太陽(yáng)爆發(fā)性活動(dòng)太陽(yáng)周期性活動(dòng)太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球空間的影響SOHO衛(wèi)星看太陽(yáng)：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(yáng)的結(jié)構(gòu)日核輻射區(qū)對(duì)流區(qū)太陽(yáng)大氣光球?qū)印⑸驅(qū)?、過渡區(qū)和日冕核輻射區(qū)對(duì)流區(qū)日冕光球?qū)用岫刺?yáng)黑子色球?qū)尤甄磲槧铙w日核--核反應(yīng)區(qū)厚度約為太陽(yáng)半徑的1/4，太陽(yáng)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(yáng)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(duì)流區(qū)光球?qū)尤蘸藢?duì)流區(qū)

底部的溫度高，頂部的溫度低，

形成對(duì)流。太陽(yáng)的密度太陽(yáng)的溫度太陽(yáng)大氣太陽(yáng)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?yáng)黑子色球?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)?；光球?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(yáng)黑子太陽(yáng)光球上的黑色斑點(diǎn)，是光球上溫度較低、磁場(chǎng)很高的區(qū)域Swedish1-mSolartelescope,LaPalma,CanaryIslands太陽(yáng)黑子米粒太陽(yáng)黑子的形成高通量的帶電粒子和強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)阻礙對(duì)流,限制熱量傳輸?shù)教?yáng)表面;以至于部分光球?qū)永鋮s，因此看上去黑一些。磁場(chǎng)俘獲的粒子太陽(yáng)黑子對(duì)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(cè)，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(gè)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(yáng)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(yáng)x射線成像中暗的區(qū)域稱冕洞；冕洞是高速太陽(yáng)風(fēng)的源；太陽(yáng)風(fēng)在太陽(yáng)表面，日冕氣體溫度很高，足以克服太陽(yáng)引力，以400~800km/s的典型速度離開太陽(yáng)，這個(gè)外流的等離子體稱為太陽(yáng)風(fēng)；太陽(yáng)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(yáng)風(fēng)高速流來自冕洞。太陽(yáng)風(fēng)速度隨緯度的變化21太陽(yáng)風(fēng)速度隨太陽(yáng)活動(dòng)的變化（11年變化）

2、太陽(yáng)爆發(fā)性活動(dòng)日冕物質(zhì)拋射太陽(yáng)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(yáng)活動(dòng)峰年，太陽(yáng)每天發(fā)生大約3次CME:在太陽(yáng)活動(dòng)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(yáng)耀斑太陽(yáng)爆發(fā)性的能量釋放過程，持續(xù)時(shí)間從幾十秒到幾小時(shí)。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(gè)廣島原子彈。在太陽(yáng)活動(dòng)高年，每周大約觀測(cè)到一次耀斑。太陽(yáng)黑子與太陽(yáng)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(yáng)耀斑分級(jí)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(yáng)表面震動(dòng)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(yáng)耀斑通常不引起磁暴。3、太陽(yáng)周期性活動(dòng)太陽(yáng)電磁輻射與粒子輻射周期性的變化稱為太陽(yáng)的周期性活動(dòng)；主要周期活動(dòng)：27天太陽(yáng)自轉(zhuǎn)周變化、太陽(yáng)黑子的11年周期變化和太陽(yáng)磁場(chǎng)極性的22年周期變化。太陽(yáng)黑子太陽(yáng)黑子隨太陽(yáng)表面旋轉(zhuǎn)，從地球上看，一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)需27天；黑子群，特別是具有復(fù)雜磁場(chǎng)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(yáng)磁場(chǎng)極性的22年周期變化X-raySun,1991-1995,Yohkohimagesevery4months11年太陽(yáng)活動(dòng)周期太陽(yáng)磁場(chǎng)太陽(yáng)磁場(chǎng)形態(tài)比地磁場(chǎng)復(fù)雜得多，圖中黑、白相應(yīng)于不同極性；太陽(yáng)黑子區(qū)磁場(chǎng)最強(qiáng)；所有太陽(yáng)活動(dòng)都與磁場(chǎng)的演變有關(guān)。太陽(yáng)可變性電磁輻射：在22年太陽(yáng)活動(dòng)周中，可見光波長(zhǎng)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(yáng)黑子周中太陽(yáng)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(yáng)風(fēng)等離子體和高能粒子，它們攜帶了太陽(yáng)的部分能量。太陽(yáng)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(yáng)活動(dòng)的主要參數(shù)太陽(yáng)黑子數(shù)；10.7cm射電通量(F10.7)；耀斑級(jí)；日冕物質(zhì)拋射（CME）；太陽(yáng)風(fēng)速度10.7cm射電通量(F10.7)日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球空間的影響太陽(yáng)質(zhì)子事件磁暴高能電子暴太陽(yáng)爆發(fā)對(duì)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(duì)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(yáng)能量粒子幾個(gè)小時(shí)到達(dá)地球?qū)教靻T的危害,對(duì)航天器的危害高速太陽(yáng)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