太陽風
太陽風是一種連續存在,來自太陽並以200~800km/s的速度運動的等離子體流。太陽風從太陽大氣最外層的日冕,向空間持續拋射出來的物質粒子流。這種粒子流是從冕洞中噴射出來的,其主要成分是氫粒子和氦粒子。太陽風有兩種:一種持續不斷地輻射出來,速度較小,粒子含量也較少,被稱為“持續太陽風”;另一種是在太陽活動時輻射出來,速度較大,粒子含量也較多,這種太陽風被稱為“擾動太陽風”。擾動太陽風對地球的影響很大,當它抵達地球時,往往引起很大的磁暴與強烈的極光,同時也產生電離層騷擾。太陽風的存在,給我們研究太陽以及太陽與地球的關係提供了方便。為了能夠清楚的表述太陽風是怎樣形成的,我們先來了解一下太陽大氣的分層情況。
一般情況下,我們把太陽大氣分為六層,由內往外依次命名為:日核,輻射區,對流層,光球,色球,日冕。日核的半徑占太陽半徑的四分之一左右,它集中了太陽質量的大部分,並且是太陽百分之九十九以上的能量的發生地。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓麵,太陽的可見光全部是由光球麵發出的。
而日冕位於太陽的最外層,屬於太陽的外層大氣。太陽風就是在這裏形成並發射出去的。通過人造衛星和宇宙空間探測器拍攝的照片,我們可以發現在日冕上長期存在著一些長條形的大尺度的黑暗區域。這些區域的X射線強度比其他區域要低得多,從表觀上看就像日冕上的一些洞,我們形象的稱之為冕洞。
冕洞是太陽磁場的開放區域,這裏的磁力線向宇宙空間擴散,大量的等離子體順著磁力線跑出去,形成高速運動的粒子流。粒子流在冕洞底部速度為每秒16km左右,當到達地球軌道附近時,速度可達每秒800km以上。這種高速運動的等離子體流也就是我們所說的太陽風。
太陽風從冕洞噴發而出後,夾帶著被裹挾在其中的太陽磁場向四周迅速吹散。現在我們肯定,太陽風至少可以吹遍整個太陽係。
當太陽風到達地球附近時,與地球的偶極磁場發生作用,並把地球磁場的磁力線吹得向後彎曲。但是地磁場的磁壓阻滯了等離子體流的運動,使得太陽風不能侵入地球大氣而繞過地磁場繼續向前運動。於是形成一個空腔,地磁場就被包含在這個空腔裏。此時的地磁場外形就像一個一頭大一頭小的蛋狀物。
但是,當太陽出現突發性的劇烈活動時,情況會有所變化。此時太陽風中的高能離子會增多,這些高能離子能夠沿著磁力線侵入地球的極區;並在地球兩極的上層大氣中放電,產生絢麗壯觀的極光。
1850年,一位名叫卡林頓的英國天文學家在觀察太陽黑子時,發現在太陽表麵上出現了一道小小的閃光,它持續了約5分鍾。卡林頓認為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。
到了20世紀20年代,由於有了更精致的研究太陽的儀器。人們發現這種“太陽光”是普通的事情,它的出現往往與太陽黑子有關。例如,1899年,美國天文學家霍爾發明了一種“太陽攝譜儀”,能夠用來觀察太陽發出的某一種波長的光。這樣,人們就能夠靠太陽大氣中發光的氫、鈣元素等的光,拍攝到太陽的照片。結果查明,太陽的閃光和什麼隕石毫不相幹,那不過是熾熱的氫的短暫爆炸而已。