行星际空间的风暴

行星际空间的风暴第一页，共二十四页，编辑于2023年，星期三太陽各種擾動的傳播時程與影響(1)(1)8分鐘後Radio,X-rays

由太陽閃焰所發出的X光和紫外線抵達地球。這兩種光在正常的情況下與電離層的形成有關，然而現在這些光的強度卻明顯增加。在整個向日側半球電離層的密度增加，特別是在低高度的D、E層範圍。這樣的現象被稱為瞬間電離層擾動(SID)，通常持續10到60分鐘。當低高度的電離產生時，會提高短波無線電訊號的吸收，我們稱這種訊號的消失為短波漸減。太陽輻射的增加，也會造成中性大氣的增溫、膨脹、增加大氣阻力，使衛星的動向產生不可測的改變。

第二页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(2)數分鐘到數小時後Solarparticles太陽質子被太陽閃陷爆炸所釋放的能量加速至相當高的速率。這些粒子會先行離開日冕，沿著太陽延伸出來的磁力線(行星際磁場，IMF)而無法以直線的路徑抵達地球。這些磁力線與草地上灑水系統的螺旋結構相似(稱為ParkerSpiral)。因此高速太陽風粒子的強度及

抵達地球的時間隨其位置不同而改變。第一種情況，太陽中心的閃焰在正視地球的路徑上。第二種情況，在太陽邊緣的太陽閃焰沿著磁力線直接連接地球。第二種情況的太陽閃焰粒子比由太陽中心部份產生的粒子更早抵達地球，數量也更多(通量幾乎多了十倍)‧太陽各種擾動的傳播時程與影響(2)第三页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(3)數小時到數日後solarwinddisturbances太陽風擾動在太陽強烈事件發生數小時到數日後才抵達地球。地球上最強的太空天氣擾動主要是由日冕物質噴射和日冕洞噴出的快速太陽風所產生。日冕洞是週期性太陽活動的主要來源。而日冕物質噴射會將數十億噸的太陽物質噴到行星際空間，當這些物質推擠前面慢速移動的太陽風時會在前緣產生震波，震波結構會加速大量的粒子並趕在日冕物質噴射之前衝擊地球。普遍認為，到達地球大部份的太陽高能粒子是由這些震波產生的，而不是由太陽閃焰產生。事實上在有日冕儀之前日冕物質噴射是很難被偵測的。許多朝地球的日冕物質噴射並沒有直接影響地球，都只是擦身而過。

太陽各種擾動的傳播時程與影響(3)第四页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(4)27天後

recurrentactivity在太陽X光圖像中可輕易的以深色的區域辨別出日冕洞的位置。日冕洞其內部的磁力線會向外延伸到行星際空間，這些磁力線讓太陽風電漿能夠自由的流向行星際空間。其周圍的磁力線，則像拱門以兩個足點連接到太陽表面，向外流動電漿會被困在這個封閉的磁力線範圍內。太陽極區的日冕洞幾乎一直存在著。然而，和極區日冕洞有關的快速流未曾抵達地球。在某些期間，當日冕洞在太陽較低緯處形成時，就會像花園裡強大的噴水器般向地球噴發高速電漿流，日冕洞隨著太陽自轉會造成27天後再發生的磁暴。這些重複發生的磁暴比日冕物質噴射所產生的磁暴微弱，並僅在太陽活動高峰期那幾年頻繁地出現。太陽各種擾動的傳播時程與影響(4)第五页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(由太陽射入行星際空間的各種擾動及其到達地球的相對時程)

第六页，共二十四页，编辑于2023年，星期三行星際空間傳播的各種形式風暴行星際磁雲(InterplanetaryMagneticCloud)行星際震波(InterplanetaryShockWave)無線電波爆(RadioBurst)X射線爆(X-rayBurst)太陽高能粒子(EnergeticSolarparticles)日冕洞高速流(CoronalHoleHighSpeedPlasmaFlow)第七页，共二十四页，编辑于2023年，星期三行星際磁雲(InterplanetaryMagneticCloud)一般認為行星際磁雲是日冕物質噴射發生時所噴出的大量高溫電漿（即電漿團）後，傳播到行星際空間所產生的結構。在內部磁場張力與外界電漿壓縮力平衡的假設下，Burlagaetal.(1996)曾使用磁管束的磁雲模型成功地應用於1995年10月WIND衛星的觀測事件，並從單一穿過磁雲軌跡的觀測資料中獲得磁雲的大小與磁場轉向。模型與相關資料分析均證實磁雲其主要磁場的特性宛如從太陽分離出來的巨大磁層，在黃道面上伸展並有自己的“船首震波”(bowshock)。磁雲的前後邊界與被推出震波面的分析顯示，與估計的磁雲軸心幾何形狀有密切相關。地球磁層的磁暴發生主要導因於磁雲前半部之南向強磁場的通過。第八页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(行星際磁雲的示意圖，FigurefromChenetal.[1995].

)第九页，共二十四页，编辑于2023年，星期三利用磁管束模式的磁雲行經地球時，行星際磁場隨時間變化的特性圖第十页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1988年1月13-14由IMP8衛星所觀測到的行星際磁雲

第十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期三行星際震波(InterplanetaryShockWave)行星際震波是由超音速的太陽風推擠其上游較慢速的太陽風所造成的不連續面結構，這種波動上游流入波速是超音速(馬赫數大於1)，下游流出速率小於音速(馬赫數小於1)。電漿流的密度、速度、溫度與行星際磁場在穿越震波面時會有劇烈的變化。若不連續面無電漿流穿過或沒有耗散的加熱過程發生，則該不連續面只是一般的不連續界面而非震波面。第十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期三2000年2月由ACE衛星在L1點所觀測到的行星際震波事件，圖中太陽風的速度由330km/s跳升至450km/s上游震波面下游第十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期三1998年9月ACE衛星觀測到的行星際震波事件，圖中的磁場分量與總量都有顯著的變化震波面下游上游第十四页，共二十四页，编辑于2023年，星期三又稱太陽射電爆發。太陽無線電波的一種急劇變化的過程，發生在與活動區有關的日球面局部區域。與寧靜太陽整個表面的輻射相比，爆發時的輻射流量可以從百分之幾到幾十萬倍以上，輻射增強的特徵時間從1秒[如微波脈衝爆發和米波Ⅲ型爆發]到數日之久[如米波噪爆]。

無線電波爆(RadioBurst)第十五页，共二十四页，编辑于2023年，星期三

太陽射電爆發是1942年發現的。按爆發的頻段分為微波爆發、分米波爆發、米波爆發[包括十米波爆發]。根據射電輻射在太陽大氣中的傳播特性，可以確定各頻段的射電爆發來自太陽大氣的不同高度：微波爆發來自色球日冕過渡層，與閃焰發生區域相銜接米波爆發則來自日冕層，輻射特徵複雜多樣。無線電波爆(RadioBurst)第十六页，共二十四页，编辑于2023年，星期三無線電波爆(RadioBurst)太陽射電爆發的分類如下:TypeI

Short,narrowbandeventsthatusuallyoccuringreatnumberstogetherwithabroaderbandcontinuum.Maylastforhoursordays.TypeII

Slowdriftfromhightolowfrequencies.Oftenshowfundamentalandsecondharmonicfrequencystructure.TypeIII

Rapidlydriftfromhightolowfrequencies.Mayexhibitharmonics.Oftenaccompanytheflashphaseoflargeflares.TypeIV

Flare-relatedbroad-bandcontinua.TypeV

Broad-bandcontinuawhichmayappearwithIIIbursts.Last1to2minutes,withdurationincreasingasfrequencydecreases.第十七页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(solarradiobursts的分類)第十八页，共二十四页，编辑于2023年，星期三

AtypeIIIradioburstappearsasaverticalfrequency-driftingsignatureontheradiodynamicspectrum.Thehighfrequencyradioemission(near940kHz)originatefromaradiosourcenearthesun(about0.1AU);thelowfrequencyradioemission(near30kHz)isobservedwhentheexciterelectronscausetheradioemissionfarfromthesun(about1AU).第十九页，共二十四页，编辑于2023年，星期三X射線爆(X-rayBurst)X-rayandultravioletlightgivenoffbysolarflaresarrivesattheEarth.Thesetypesoflightareresponsiblefortheformationoftheionosphereundernormalcircumstances.Butnowtheintensitiesofthesetypesoflighthaveincreaseddramatically.Alloverthedaysidehemisphere,theionosphereisincreasedindensityparticularlyatlowaltitudesintheDandEregions.Thisiscalledasuddenionosphericdisturbance(SID)andlastsusuallyforbetween10and60minutes.Shortwaveradiosignalsexperienceincreasedabsorptionwhenionizationisproducedattheselowaltitudes.Lossofsignalatthistimeiscalledashortwavefadeout.第二十页，共二十四页，编辑于2023年，星期三太陽高能粒子(EnergeticSolarparticles)Solarprotonsareacceleratedtoveryhighvelocitiesintheexplosivereleaseofenergyassociatedwithasolarflare.Theseparticlesfirstmaketheirwayoutofthecorona.ThentheycannottakeastraightlinepathtotheEarthbutmusttravelalongtheSun'sextendedmagneticfieldlines(calledtheinterplanetarymagneticfieldorIMF).Thesefieldlineshaveastructureresemblingthespiraltracedoutbyaspinninglawnsprinkler,whichisreferredtoasaParkerspiral.第二十一页，共二十四页，编辑于2023年，星期三(太陽質子事件的發生頻率與太陽活動性有密切相關)第二十二页，共二十四页，编辑于2023年，星期三日冕洞高速流(CoronalHoleHighSpeed

PlasmaFlow)在太陽X射線影像中的暗區域為日冕洞，其不同於周圍區域的是日冕洞磁場往外延伸至行星際介質，這些開放磁場會使太陽風電漿自由往外流入行星際空間。而周圍區域的磁場則由兩個足點以拱形方式連結至太陽表面，這些封閉磁場會阻止電漿往外流動。第二十三页，共二十四页，编辑于2023年，星期三Polarcoronalholesalmostalwaysexist.However,thefaststreamsthatareassociat