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太阳风

/solar wind/
条目作者林元章

林元章

最后更新 2023-06-11
浏览 579
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日冕因高温膨胀,不断抛射到行星际空间的等离子体流。

英文名称
solar wind
所属学科
天文学

太阳最外层大气叫日冕,它因高温膨胀不断向外抛射等离子体流,形成太阳风。在太阳系中,太阳风粒子可向外扩散到超过日地距离100多倍的地方,太阳风所占据的这一巨大空间称为日球层。因此地球实际上是“浸泡”在太阳风当中。

太阳风的概念最初是由一些彗星研究者在研究彗尾为何向远离太阳一侧偏离时提出的。太阳最外层大气日冕低层的温度高达105开,粒子平均动能约为0.8千电子伏,但仍小于该处每个粒子的引力势能(约2.0千电子伏),因而这些粒子不会逃逸。当日心距增大时,从下层来的非辐射能流输入日冕,气体被加热,由于日冕的热导率很大,加热引起的高温和对应的粒子高速运动可维持到几个太阳半径外的远处。另一方面,引力势能却随日心距增大而迅速减少,并在大于某一日心距后小于粒子动能,导致日冕气体向外逃逸,这就是太阳风。这样,太阳风的动力来自太阳对流层中产生的非辐射能流,其作用与鼓风机相似。

地球附近的太阳风主要特征
参数低速风高速风平均风
平均起伏平均起伏平均起伏
N/cm−311.94.53.90.68.76.6
v/km·s−13271570232468116
Tp/105K0.340.152.30.31.20.9
Te/105K1.30.31.00.11.40.4
Tα/105K1.10.814.23.05.85.0
Nα/Np0.0380.180.0480.0050.0470.019
*Nv为粒子数密度和速度,TpTeTα分别为质子温度、电子温度和α粒子温度,NαNp分别为α粒子和质子数密度。

1962年发射的旨在探测金星的宇宙飞船“水手”2号首先发现,地球附近的行星际空间存在来自太阳方向的不间断的超声速等离子体流,其成分主要为质子和电子,以及少量α粒子(占3%~4%),从而证实了E.N.帕克(Eugene Newman Parker,1927-06~2022-03-15)于1958年提出的预言太阳风存在及其基本特性的理论。随后的空间探测,包括1974年和1976年发射的深入太阳方向日心距分别为0.31天文单位和0.29天文单位的“太阳神”1号和“太阳神”2号,以及其他一些探测卫星,对太阳风的主要参数进行了测量。地球附近的太阳风参数见表。由表中可见,地球附近太阳风粒子的平均密度为8.7个/厘米3,速度约为468千米/秒。同时,空间飞行器直接探测到的磁场约为10−5~10−4高斯。

研究认为,来自太阳的粒子流中包含三种成分:①日冕连续膨胀产生的背景太阳风;②日冕中局部区域(冕洞)发射的慢变化高速太阳风;③太阳爆发(耀斑)产生的偶发性高能粒子流。前两者为等离子体,后者为某种电荷占优势(通常是质子)的更高能量的粒子流。有些研究者没有把后者包括在太阳风中。成分①产生于上述的热源加速。成分②的速度较大,可能涉及其他加速机制,如阿尔文波耗散或等离体湍流加速。成分③的高能粒子加速与耀斑机制有关,可能涉及费米加速等离子体湍流加速。

美国把2018年8月12日发射的太阳探测器命名为“帕克太阳探测器”,表彰当时已91岁高龄的天体物理学家和太阳风理论预言者E.N.帕克的杰出贡献。帕克太阳探测器将于7年间绕太阳24圈,最终到达离太阳表面仅610万千米的深处,对太阳风进行更进一步的探测研究。

有史以来最靠近太阳探测器——帕克太阳探测器有史以来最靠近太阳探测器——帕克太阳探测器

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