太陽風的強大力量與地球相互影響。圖中藍色「蜘蛛」的頭部、腿部和身體實際上是地球的磁場線,而蜘蛛「頸部」上的圓球則是我們的星球。
圖解:「頸部」代表我們的星球.圖源: Steele Hill/NASA
一、什麼是太陽風?
太陽風是一個術語,用來描述太陽持續發射的無限粒子流,如電子和質子。太陽風由來自太陽日冕的等離子體組成,當太陽光被遮擋,例如在日食期間太陽風就能被看到。
圖解:太陽的日冕物質拋射。圖源:Courtesy of SOHO/LASCO consortium
太陽風的速度可以達到每小時900公裡,它的速度隨著太陽粒子體積峰值和大耀斑期間太陽的磁場而變化。日冕洞上方的太陽風最大,在那裡太陽的磁場很弱,更多的粒子可以逃逸到太空;在飄帶上方,太陽風的強度和速度不那麼強烈。太陽風強度與太陽27天的自轉有關,當太陽產生日冕物質拋射時,太陽風的速度和強度達到峰值;當太陽處於太陽極大期(在太陽黑子周期太陽輸出達到峰值的時間)時,太陽風增強,其周期平均為11年。
二、太陽風對地球有什麼影響?
北極光。圖源:No known credit
北極光是太陽風對地球最具戲劇性的影響之一。太陽風襲擊了地球周圍的保護磁場—麥哲倫帶,帶電粒子輻射和磁性的變化產生了在北極和南極跳舞的光波。太陽耀斑和太陽風的增強都會增加輻射水平,而輻射會對地球軌道上的衛星造成幹擾,嚴重的太陽耀斑甚至可能會干擾地球上的電子設備和手機通信。
1989年,一場太陽風暴破壞了地球上的電力線和電子通訊。隨著無線技術的普及,太陽耀斑對我們的影響不斷增大,而太陽風的高峰也只會增加。
目前關於太陽風對地球溫度的影響仍存在爭議。太陽產生的熱量使地球保持溫暖且宜居,但當太陽能輸出增加時地球也會變暖,太陽斑和太陽風都是太陽內部輸出過程的副產品。雖然更大的太陽風並不意味著地球會變得更熱,但太陽活動的增強會使地球變得更熱,這會導致地球變暖並增加太陽風的速度和密度。
三、太陽風如何影響其他行星和天體?
太陽風的力量使彗星尾部遠離太陽,當水和碳氫化合物被太紫外線破壞時,太陽風的力量會帶走分子氫。由於紫外線破壞了火星大氣中的水蒸氣,火星磁場損失是氫分子被太陽風帶到太空中。這就是為什麼火星上沒有水和少量水蒸氣,但卻有豐富的氧同位素與其鐵巖表面結合的原因。太陽風帶走了氫,而自由氧則與巖石結合,因為這是剩下的全部。
圖解:日球層帶電粒子組成。圖源:NASA / Feimer
太陽風是日光層形成的原因,日光層由太陽風向各個方向拋出的帶電粒子組成。太陽風終端激波的邊界處減速,在這裡它的速度從每小時數百英裡急劇下降,並從太陽彈出。在日球層鞘,太陽風的速度進一步減緩;在日球頂層,太陽風逐漸減慢並停止。就像地球和太空之間的界限以大氣層逐漸消失為真空為標記一樣,日球層的邊緣是太陽系邊緣的一個標記,而日球頂層則是確定太陽繫結束和星際空間開始的一個標記。
四、太陽風的研究
太陽的超熱帶電氣體飄帶。圖源:NASA / IMAGE ASSET MANAGEMEN
Helios探測器於20世紀70年代中期發射,並進入太陽軌道對其進行研究。這兩項探測都是美國和西德科學家的共同努力。ACE(Advanced Composition Explorer)是1997年發射的一顆衛星,它位於拉格朗日點1號,這是一個太陽和地球拉力相等的軌道點,這意味著它將在該軌道上運行直至失靈。ACE衛星監測太陽風並將數據發送回NASA,您可以在國家海洋、大氣管理局和NOAA空間天氣網站上查看ACE的監測數據。
尤利西斯號太空船兩次繞太陽運行,測量了太陽風、太陽的磁場和分子組成,於2009年停止工作。
圖解:藝術家對RHESSI宇宙飛船觀測太陽的描述。圖源:NASA /Goddard Space Flight Center
美國國家航空航天局(NASA)一直在研究太陽。RHESSI於2002年發射,是一顆載有太陽光譜成像儀的衛星,它被派去研究有太陽風時,太陽耀斑和粒子加速模式中伴隨的能量釋放。CHIPS(宇宙熱星際等離子體光譜儀)於2003年發射;IBEX(星際邊界探測器)由NASA於2008年發射,專門用於標記太陽系和星際空間之間的邊界。
因為太陽風從超音速減速,不會產生弓形衝擊波。
2010年推出了一種名為太陽動力學天文臺(SDO)的探測器,它負責測量太陽的變化,包括太陽風。CINDI是耦合離子中性動態研究的縮寫,這顆太空衛星研究太空天氣(包括太陽風)對地球大氣層的影響。
SOHO太空飛行器是一個太陽觀測站,雖然它專注於太陽的研究,但它仍發現了一千多顆彗星;ARTEMIS於2007年推出,用於研究月球和地球對太陽風的影響;ARTEMIS最初是研究地球磁場和北極光THEMIS任務的一部分。
Solar Probe Plus將進入太陽的日冕,探索有關太陽日冕或氣體層比光球表面更熱的問題,它計劃於2015年發射。美國航天局並不是唯一一個研究太陽的組織,太陽衛星Hinode由日本發射,它的名字翻譯成英文為「日出」。日本還與美國宇航局合作建造了GEOTAIL衛星來研究地球的磁尾。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. 庚辰-thetimenow
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