太阳磁场solarmagneticfield解读.doc

太阳活动 目录1. 引言 12.太阳活动简介 13.太阳黑子sunspot 23.1太阳黑子简介 23.2太阳黑子的测量 33.3沃夫数 Wolf number 44.太阳磁场 solar magnetic field 54.1太阳磁场的定义 54.2太阳磁场的起源 54.3太阳活动区磁场 64.4太阳普遍磁场 84.5太阳整体磁场 84.6太阳磁场的巴布科模型 84.7太阳磁场的精细结构 95.太阳周期 96.太阳与地球的交互作用 106.1在总辐照度上的变化 116.2在紫外线辐照度上的变化 116.3在太阳风和太阳磁通上的变化 116.4云的效果 116.5由太阳活动导致的其他影响 127.行星际磁场的扇形结构 137.1太阳风 137.2银河宇宙射线 158.结论 16参考文献 16本文主要讨论了太阳活动的表现形式，以太阳磁场的角度探讨了太阳黑子等太阳活动产生发展的原因及影响因素，并进一步讨论了太阳活动的周期及太阳活动对于地球的影响关键词：太阳黑子 ，太阳磁场，太阳周期，太阳风1. 引言　太阳是距离地球最近的恒星，是太阳系的中心天体，太阳系质量的99.86%都集中在太阳。

其中心区不停地进行热核反应所产生的能量以辐射方式向宇宙空间发射对于人类来说，光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体万物生长靠太阳，没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类太阳给人们以光明和温暖，它左右着地球冷暖的变化，为地球生命提供了各种形式的能源故本文讨论了太阳的活动及产生的其影响[1]2.太阳活动简介太阳活动是太阳大气层里一切活动现象的总称，是太阳发射出的太阳辐射在总量上的变化主要有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等由太阳大气中的电磁过程引起时烈时弱，它们的组成有周期性的变化，主要是平均以11.04年为周期的太阳周期（或是太阳黑子周期），并且有非周期的波动处于活动剧烈期的太阳(称为“扰动太阳”)辐射出大量紫外线、x射线、粒子流和强射电波，因而往往引起地球上极光、磁暴和电离层扰动等现象[3]太阳活动是太阳大气中局部区域各种不同活动现象的总称包括：太阳黑子 是太阳活动的基本标志 光斑 太阳光球边缘出现的明亮组织，向外延伸到色球就是谱斑光斑一般环绕着黑子，与黑子有密切的关系 谱斑 太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织太阳风 太阳风形成的带电粒子流造成了地球上的极光耀斑 发出的强大的短波辐射，会造成地球电离层的急剧变化。

对人类的影响很大造成短波通讯中断 [4]日珥 在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状物体就叫做日珥 [5]太阳活动对于地震、火山爆发、旱灾、水灾、人类心脏和神经系统的疾病，甚至交通事故都有关系因此也形成了太阳活动预报这门学问在最近的数十年中，太阳活动经由人造卫星的观测，已可经由一些前期的现象提前预测太阳活动对地球的影响被称为"太阳驱动力"过去30年的太阳活动在卫星时代来临前，总体太阳辐照度（TSI）的变动，虽然只是在紫外线的波长上有百分之几的差异，但始终都在检定的门槛之下现在对总太阳输出的测量变化（涵盖最后这三个11年的太阳黑子周期）只有0.1%的差异或是在11年黑子周期期间的峰顶对谷底大约是1.3 W/m，而在地球大气层上层表面接收到各式各样太阳辐射的平均值为1,366W/ m（每平方米1,366瓦）没有对较长期变异直接测量的代理测量变通的不同度量，以最近的结果建议在过去2,000年间的变动大约在0.1%，虽然其他来源的资料建议从1675年起的太阳辐照度增量为0.2% 太阳变异和火山作用的组合可能是造成一些气候变化的起因，像是蒙德极小期[6]对2006年现有文献的回顾，刊登在自然，确定自1970年代中期太阳亮度没有净增值，并且在过去400年中太阳输出能量的变化不太可能造成全球性变暖的主要部份变化。

然而，同一份报告的作者也警告说："除了太阳的亮度之外，来自宇宙射线和紫外线辐射对气候更微妙的影响不可能被排除他们也补充说，因为物理模形认为这样的作用不足以开发，使得这些影响尚未能被证实"3.太阳黑子sunspot3.1太阳黑子简介太阳黑子是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动，是太阳活动中最基本，最明显的活动现象一般认为，太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡，温度大约为4500摄氏度因为比太阳的光球层表面温度要低1000到2000摄氏度，所以看上去像一些深暗色的斑点太阳黑子很少单独活动，常是成群出现黑子的活动周期为11.2年，活跃时会对地球的磁场产生影响，主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动，从而造成恶劣天气，使气候转冷严重时会对各类电子产品和电器造成损害[7] [8]3.2太阳黑子的测量太阳黑子是太阳强烈的磁场活动抑制了对流的作用，因而使得于表面温度相对较低、颜色较暗的区域黑点的数量关联到太阳辐射的强度，在1980年代，以阿布特、Foukal等人（1977年）意识到辐射的增加值与黑子的关联性，只依据一颗卫星的观测，估计其变异是很小的（只有1 W/m的等级或总量的0.1%）。

雨云7号（在1978年10月25日发射）和太阳极大期任务卫星（1980年2月14日发射）查出，因为围绕黑子周围的区域更加明亮，整体的作用是越多的黑点意味着太阳越明亮曾有一些建议认为太阳直径的变化也许会导致输出的改变，但是最近的工作，主要是SOHO的米契森多普勒影像仪，显示这种变化量极为微小，大约只有0.001%（Dziembowski et al., 2001）各种各样的研究都应用了黑子数目来进行（因为这项纪录已延续了数百年）做为其他太阳输出活动的代理（因为最好的也只有数十年的观测资料），同样的，地面仪器与在轨道极高高度上的仪器之间也做了比对和较准研究人员结合目前的数据和调整历史上的数据，其他代理的资料 － 像是宇宙射线产生的同位素 －被用来推断太阳磁场的活动和可能的亮度图示显示太阳的活动，包括黑子的数量以及由宇宙射线产生的同位素 透过树龄学使用放射性碳的浓度变化，已经重建了11,400年的黑子数目在过去70年的太阳活动水平似乎是异常的，而相似的巨大变化最后一次大约发生在8,000年前太阳的磁性活动较过去的11,400年高出了大约10%，并且早期的高活动性期间都比现在的事件要短重建太阳黑子的11,400年活动期间，在8,000年前曾经有明显的活跃期。

3.3沃夫数 Wolf number沃夫数（也称为国际黑子数、相对黑子数或苏黎世数）是用于测量太阳表面的太阳黑子和群组数目的数值 从1750年开始的沃夫数这个计算黑子数目的想法鲁道夫沃夫于1849年在瑞士的苏黎世提出的，因此以他的名字（或地名）做为名称，使用黑子数和它们的群数组合，以补偿小黑子群对观测数量的变异这个数值已经被研究人员记录和制成表格累积了近300年，并且发现黑子的活动每9.5至11年附近到达它的极大值（注：依据SIDC最近300年的数据和使用FFT作用于数据得到的最大值平均周期是10.4883年这个周期在1843年首度被施瓦布注意到相对数使用下列的公式来计算（每天收集一次黑子活动资料数值）：此处R是黑子相对数，s是单独计算的黑子数目，g是黑子的群数，还有k是随地点和仪器改变的因素（也称为天文台因素）这个索引使用黑子的数量和群组数量两者补偿在测量上的变化芬兰Oulu大学的Ilya Usoskin在2003年的研究指出，黑子的活动从1940年代开始比过去的1150年都要频繁[9]从1750年开始的沃夫数4.太阳磁场 solar magnetic field太阳的绝大部分物质是高温等离子体，太阳的物态、运动和演变都与磁场密切相关。

太阳黑子、耀斑、日珥等活动现象，更是直接受磁场支配因此，太阳磁场的研究具有重要意义4.1太阳磁场的定义分布于太阳和行星际空间的磁场分大尺度结构和小尺度结构前者主要指太阳普遍磁场和整体磁场，它们是单极性的，后者则主要集中在太阳活动区附近，且绝大多数是双极磁场太阳普遍磁场指日面宁静区的微弱磁场，强度约110-4～310-4特斯拉，它在太阳南北两极区极性相反，近年的观测发现，通过光球的大多数磁通量管被集中在太阳表面称作磁元的区域，其半径为100～300千米，场强为0.1～0.2特斯拉，大多数磁元出现在米粒和超米粒边界及活动区内如果把太阳当作一颗恒星 ，可测到它的整体磁场约310-5特斯拉，这个磁场是东西反向的在太阳风作用下，太阳磁场还弥漫整个星际空间，形成行星际磁场它的极性与太阳整体磁场一致，随着离开太阳的距离增加而减弱各种太阳活动现象都与磁场密切相关：耀斑产生前后，附近活动区磁场有剧烈变化（如磁场湮灭）；黑子的磁场最强，小黑子约0.1特斯拉，大黑子可达0.3～0.4特斯拉甚至更高谱斑的磁场约0.02特斯拉日珥的形成和演化也受磁场的支配[10] [11]4.2太阳磁场的起源太阳的磁场来源是一个尚未解决的难题。

现有学说可分为两类：一类是化石学说，认为现有的磁性是几十亿年前形成太阳的物质遗留下来的理论计算表明,太阳普遍磁场的自然衰减期长达100亿年，因此，磁性长期留存是可能的另一类是目前得到普遍承认的是太阳平均磁流发电机机制mechanism of solar mean hydromagnetic dynamo观测表明﹐太阳上存在着随太阳活动周期而变化的磁场和较差自转运动﹐而且它们还具有明显的不规则性和随机性因此﹐太阳上的磁场和自转速度﹐可认为是由平均磁场和平均较差自转速度分别地同它们对应的湍流部分迭加而成的由于太阳自转的相对稳定状态﹐在考虑磁场与流场相互作用过程中﹐可以近似地认为太阳的平均较差自转是已知的﹐即不考虑洛伦兹力对运动的影响平均磁场的变化规律﹐可由一组平均场的麦克斯韦方程和平均场的欧姆定律来表示磁流发电机理论认为﹐太阳磁场纯粹是由太阳对流层内磁流体的较差自转与湍流运动在磁场中所产生的感应电动势来维持的，认为太阳的磁场是带电物质的运动使微弱的中子磁场得到放大的结果既然太阳的物质绝大部分是等离子体，并且经常处于运动状态，那就可以利用发电机效应来说明关于太阳磁场起源中的若干问题该理论不仅能够解释太阳磁场的存在与维持﹐而且能够解释磁场呈现黑子蝴蝶图等现象。

太阳磁场理论的一个重要课题是太阳活动周的形成机制目前得到公认的是较差自转理论它认为太阳的较差自转（太阳自转，较差自转是指一个天体在自转时不同部位的角速度互不相同的现象）使光球下面的水平磁力线管缠绕起来，到一定时候，上浮到日面，形成双极黑子由于大量的双极黑子磁场的膨胀和扩散，原来的普遍磁场被中和掉了，接着就会出现极性相反的普遍磁场这样就可以解释太阳的22年磁周[12]4.3太阳活动区磁场太阳黑子磁场太阳黑子有两部份本影:中心最黑的位于，磁场线大约垂直太阳平面，温度约4000k半影:中心外团灰黑色的部份，磁场线较斜，温度约5000k一个发展完全的黑子由较暗的核（本影）和周围较亮的部分（半影）构成，中间凹陷大约500千米黑子经常成对或成群出现，其中由两个主要的黑子组成的居多位于西面的叫做“前导黑子”，位于东面的叫做“后随黑子”一个小黑子大约有1000千米，而一个大黑子则可达20万千米太阳黑子的形成与太阳磁场有密切的关系一般说来，一个黑子群中有两个主要黑子，它们的磁极性相反如果前导黑子是N极的,则后。