大学地球与空间科学《地球科学概论-太阳与太阳风》课件

空间科学概论(5)

太阳与太阳风内容提要太阳的结构太阳爆发性活动太阳周期性活动太阳活动对地球空间的影响SOHO卫星看太阳：6Views白光磁像仪极紫外171A(1millionK)白光日冕仪极紫外284A(2millionK)极紫外

304A(70,000K)太阳的结构日核辐射区对流区太阳大气光球层、色球层、过渡区和日冕核辐射区对流区日冕光球层冕洞太阳黑子色球层日珥针状体日核--核反应区厚度约为太阳半径的1/4，太阳能量的99%是由中心氢聚变为氦的核反应产生的。deuteriumwithtritium氘氚氦中子辐射区太阳厚度的20%到80%，在核心产生的能量由光子向外输送辐射区对流区光球层日核对流区

底部的温度高，顶部的温度低，

形成对流。太阳的密度太阳的温度太阳大气太阳大气层从内到外分为光球层、色球层、过渡区和日冕；主要成分是氢（质量约占71%）与氦（质量约占27%）；光球层冕洞太阳黑子色球层日珥光球层是肉眼可看见的日轮，几百公里厚；可见光波段的辐射几乎全部是光球层；光球层的许多征：暗的黑子、亮的光斑、米粒和超米粒结构。太阳黑子太阳光球上的黑色斑点，是光球上温度较低、磁场很高的区域Swedish1-mSolartelescope,LaPalma,CanaryIslands太阳黑子米粒太阳黑子的形成高通量的带电粒子和强磁场会阻碍对流,限制热量传输到太阳表面;以至于部分光球层冷却，因此看上去黑一些。磁场俘获的粒子太阳黑子对流元色球层在光球层上面的不规则层，大约1500公里厚。用单色光观测，可以看见它是的玫瑰红色的气层，因而得名光球层。过渡区色球层与日冕之间的薄层，在这个层的上下，温度发生急剧变化。日冕过渡区之上是日冕层，延伸到数倍太阳半径处；日冕是温度108K的高温、稀薄等离子体；SunspotMinimumSunspotMaximum酒泉.金塔,2008年8月

日冕环日冕环与地球比较冕洞在太阳x射线成像中暗的区域称冕洞；冕洞是高速太阳风的源；太阳风在太阳表面，日冕气体温度很高，足以克服太阳引力，以400~800km/s的典型速度离开太阳，这个外流的等离子体称为太阳风；太阳风主要由质子和电子组成，也有少量的氦核与重离子；太阳风高速流来自冕洞。太阳风速度随纬度的变化21太阳风速度随太阳活动的变化（11年变化）

2、太阳爆发性活动日冕物质抛射太阳耀斑日冕物质抛射(CME)日冕物质被加热和加速，速度超过逃逸速度而飞向行星际空间；大的CME可抛出10亿吨物质，喷发速度可达2000km/s；在太阳活动峰年，太阳每天发生大约3次CME:在太阳活动低年，大约每5天发生一次CME。CME的演变CME与行星的比较太阳耀斑太阳爆发性的能量释放过程，持续时间从几十秒到几小时。主要特征是电磁辐射急剧增大；在强耀斑期间，紫外和X射线辐射可增强100倍。一次大耀斑释放的能量高达1025J，相当于4百亿个广岛原子弹。在太阳活动高年，每周大约观测到一次耀斑。太阳黑子与太阳耀斑耀斑形态耀斑与能量释放耀斑伴随的×射线发射太阳耀斑分级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)耀斑引起太阳表面震动CME与耀斑大约有一半的CME与耀斑无关；耀斑伴随着强烈的电磁辐射，并不总有粒子辐射；而CME主要是抛射物质（磁化的等离子体）；大磁暴与CME密切相关，而太阳耀斑通常不引起磁暴。3、太阳周期性活动太阳电磁辐射与粒子辐射周期性的变化称为太阳的周期性活动；主要周期活动：27天太阳自转周变化、太阳黑子的11年周期变化和太阳磁场极性的22年周期变化。太阳黑子太阳黑子随太阳表面旋转，从地球上看，一个完整的旋转需27天；黑子群，特别是具有复杂磁场位形的黑子群常常是发生耀斑的地方；黑子的月平均数变化翻身陀螺太阳磁场极性的22年周期变化X-raySun,1991-1995,Yohkohimagesevery4months11年太阳活动周期太阳磁场太阳磁场形态比地磁场复杂得多，图中黑、白相应于不同极性；太阳黑子区磁场最强；所有太阳活动都与磁场的演变有关。太阳可变性电磁辐射：在22年太阳活动周中，可见光波长变化比较小，在短波区(紫外和Χ射线)及射频变化可达100倍；在耀斑期间Χ射线变化可达106。在11年太阳黑子周中太阳总输出功率变化是千分之几，但足以影响气候变化。带电粒子：包括低能太阳风等离子体和高能粒子，它们携带了太阳的部分能量。太阳风有以27天为周期的变化和由于日冕喷射的偶然变化。描述太阳活动的主要参数太阳黑子数；10.7cm射电通量(F10.7)；耀斑级；日冕物质抛射（CME）；太阳风速度10.7cm射电通量(F10.7)日冕物质抛射对地球空间的影响太阳质子事件磁暴高能电子暴太阳爆发对地球空间的效应X射线暴

8分钟到达地球电离层突然骚扰相对论高能粒子

10几分钟到达地球极区电离层电离增加影响极区通讯太阳能量粒子几个小时到达地球对航天员的危害,对航天器的危害高速太阳风

2天左右到达地球磁暴,亚暴电离层突然骚扰；电离层暴；极盖吸收事件磁暴