日地关系jinghairong.ppt

太阳太阳---地球地球--人类人类 日地空间环境日地空间环境北京天文馆Tel: 51583068Mail: 1 1一、一、 太阳概况太阳概况二、太阳的结构二、太阳的结构三、太阳活动三、太阳活动四、日地关系四、日地关系五、研究意义五、研究意义2 2一、一、 太阳概况太阳概况1、太阳是银河系中一颗普通的恒星，距离、太阳是银河系中一颗普通的恒星，距离银河系的中心约银河系的中心约3万光年，公转周期约万光年，公转周期约2亿年，目前位于主序阶段，已有亿年，目前位于主序阶段，已有50亿年亿年的历史；估计其寿命还有的历史；估计其寿命还有50亿年亿年(到白矮到白矮星阶段星阶段) ；；2、、日地平均距离日地平均距离 1亿亿5千万公里；千万公里；3、太阳的半径为、太阳的半径为 6.96*105公里（公里（69万万6千千公里）；是地球半径的公里）；是地球半径的109倍，它的体积倍，它的体积约为地球体积的约为地球体积的130万倍；万倍；3 34 44、、太阳的质量太阳的质量1.989*1030 kg，是地球质量的，是地球质量的33万倍（地球质量为万倍（地球质量为5.97*1024 kg)；；平均密度平均密度1.408g/cm3；；表面重力加速度表面重力加速度274m/s25、地球接收太阳总辐射能的、地球接收太阳总辐射能的22亿分之一。

亿分之一6、太阳的自转在两极和赤道不同，赤道区转速快，、太阳的自转在两极和赤道不同，赤道区转速快，极区转速慢，在赤道处自转周期约极区转速慢，在赤道处自转周期约25天，极区约天，极区约29天，称为较差自转天，称为较差自转测量方法：天体测量学测量方法：天体测量学如：距离：雷达、三角视差、红移等如：距离：雷达、三角视差、红移等 质量：万有引力定律5 5太阳自转情况：红色表示转速快，兰色表示转速慢太阳自转情况：红色表示转速快，兰色表示转速慢6 6二、太阳的结构二、太阳的结构1、核反应区（、核反应区（0--0.25R) : 太阳能量的主要来太阳能量的主要来源，产能机制是氢聚变为氦的热核反应，中源，产能机制是氢聚变为氦的热核反应，中心区温度心区温度1500万度，质量占太阳总质量的一万度，质量占太阳总质量的一半以上半以上;2、辐射区（、辐射区（0.25--0.75R) ：核反应区的能量：核反应区的能量以辐射的形式向外传送，温度下降一个量级以辐射的形式向外传送，温度下降一个量级;3、对流层（、对流层（0.75--1R) ：太阳物质上下翻滚，：太阳物质上下翻滚，形成湍流，以物质对流的形式向外传能，对形成湍流，以物质对流的形式向外传能，对流运动本身以米粒和超米粒的形式在表面表流运动本身以米粒和超米粒的形式在表面表现出来，温度又下降一个量级现出来，温度又下降一个量级;7 74、光球层、光球层: 人眼所看见的明亮圆盘，温度人眼所看见的明亮圆盘，温度5770K，太阳的可见光绝大部分从这里发出，，太阳的可见光绝大部分从这里发出，厚度约厚度约500公里；公里；5、色球层：光球层之上厚约、色球层：光球层之上厚约2000公里的太阳公里的太阳大气，在日全食或用色球望远镜可见，其温大气，在日全食或用色球望远镜可见，其温度又开始上升；度又开始上升；6、日冕区：太阳的外层大气，没有明显的外、日冕区：太阳的外层大气，没有明显的外边界，日全食时可见，温度达到百万度。

边界，日全食时可见，温度达到百万度8 89 9•观测、分析获得结果观测、分析获得结果•太阳内部结构的观测手段：日震学太阳内部结构的观测手段：日震学•太阳表面的震荡太阳表面的震荡 1010•三、宁静太阳•基本上是一颗球对称和稳定的恒星， 她是时间上稳定、空间上球对称和均匀地向四面八方辐射的其物理性质在空间上只随日心距变化，在同一半径的球层中物理性质是相同的1111三、太阳活动三、太阳活动1、太阳黑子：光球面上经常出没的暗黑斑点；因温、太阳黑子：光球面上经常出没的暗黑斑点；因温度相对较低而显得黑（约度相对较低而显得黑（约4500度），太阳黑子的度），太阳黑子的本质是太阳上的磁场聚集区本质是太阳上的磁场聚集区小黑子的线度只有几百公里，而大黑子可达小黑子的线度只有几百公里，而大黑子可达20万公万公里，黑子的寿命从几分钟到几个月不等里，黑子的寿命从几分钟到几个月不等 黑子多出现在低纬度区，经常成对或成群出现，黑子多出现在低纬度区，经常成对或成群出现，黑子群中一般有两个主要黑子，它们的极性相反，黑子群中一般有两个主要黑子，它们的极性相反，前面的称为前导黑子（西边），后面的称为后随前面的称为前导黑子（西边），后面的称为后随黑子，前导黑子距太阳的赤道较近。

黑子，前导黑子距太阳的赤道较近太阳黑子数的变化有太阳黑子数的变化有11年的周期性，其在日面纬度年的周期性，其在日面纬度上的分布也有上的分布也有11年的变化周期年的变化周期1212磁场聚集区为什么温度较低？磁场聚集区为什么温度较低？ 两种解释：两种解释：a、磁流管组成的磁场区部分地仰制了对流，致、磁流管组成的磁场区部分地仰制了对流，致使对流层中的能量不能充分向上传输，造成黑子温度比周使对流层中的能量不能充分向上传输，造成黑子温度比周围低；围低；b、阿尔文波带走了能量、阿尔文波带走了能量太阳上几乎所有的活动都是由于太阳黑子引起的太阳上几乎所有的活动都是由于太阳黑子引起的1313141415151616•2、太阳耀斑：邻近黑子上方的突发明亮物，是、太阳耀斑：邻近黑子上方的突发明亮物，是太阳大气中的一种不稳定过程，它在短时间（几太阳大气中的一种不稳定过程，它在短时间（几分钟到十几分钟）内释放大量的能量，引起局部分钟到十几分钟）内释放大量的能量，引起局部区域瞬时加热和各种电磁辐射及粒子辐射突然增区域瞬时加热和各种电磁辐射及粒子辐射突然增强，又称色球爆发强，又称色球爆发•一次大的耀斑爆发所释放的能量相当于上百亿枚一次大的耀斑爆发所释放的能量相当于上百亿枚百万吨级氢弹的爆炸所释放的能量百万吨级氢弹的爆炸所释放的能量•白光耀斑：白光耀斑： 较为少见的太阳剧烈活动现象，可直较为少见的太阳剧烈活动现象，可直接观测；接观测；•X射线耀斑射线耀斑 、质子耀斑、质子耀斑•耀斑的出现频度和黑子数有关，即在太阳活动丰耀斑的出现频度和黑子数有关，即在太阳活动丰年耀斑活动频繁。

年耀斑活动频繁171718181919TRACE卫卫星在空间观星在空间观测到的测到的2000年年7月月14日日大耀斑紫外大耀斑紫外线资料编辑线资料编辑的电影20202121 这是欧洲宇航局和美国国家航空航天局联这是欧洲宇航局和美国国家航空航天局联合发射的合发射的SOHO卫星得到的卫星得到的2000年年7月月14日大日大耀斑的远紫外线观测资料耀斑的远紫外线观测资料22222323•3、日珥：突出在日面边缘的白炽气体喷射物，、日珥：突出在日面边缘的白炽气体喷射物，形状似耳，高度可达几十万公里；形状似耳，高度可达几十万公里；•宁静日珥：悬浮于色球上的日冕区，可保持几天宁静日珥：悬浮于色球上的日冕区，可保持几天到几周的时间；到几周的时间；•爆发日珥：激烈活动的日珥，持续时间为几分钟爆发日珥：激烈活动的日珥，持续时间为几分钟到几个小时到几个小时•暗条：日面中心的日珥暗条：日面中心的日珥•日珥的形成也和黑子密切相关日珥的形成也和黑子密切相关2424252526262727•4、日冕物质抛射（、日冕物质抛射（CME)：突发的、持续时间为：突发的、持续时间为几十分至两小时的物质抛射。

几十分至两小时的物质抛射•日冕物质抛射和太阳耀斑及爆发日珥有关，日冕物质抛射和太阳耀斑及爆发日珥有关，但它们也能够独立出现，其出现的频度也但它们也能够独立出现，其出现的频度也和黑子活动周有关和黑子活动周有关28282929 2000年年7月月14日发生的日冕物质抛射日发生的日冕物质抛射303031312002-1-432322002-1-433333434•5、冕洞：日冕上形状不规则的黑暗区域，它和日、冕洞：日冕上形状不规则的黑暗区域，它和日冕上的磁场开放区有关，多出现在极区，存在时冕上的磁场开放区有关，多出现在极区，存在时间较长（几个月），是强太阳风的风源间较长（几个月），是强太阳风的风源3535•6、太阳风：日冕抛向行星际空间的粒子流由于、太阳风：日冕抛向行星际空间的粒子流由于日冕处于膨胀状态，因而，无论是否存在太阳活日冕处于膨胀状态，因而，无论是否存在太阳活动，都有稳定的太阳风流出（动，都有稳定的太阳风流出（320-710公里公里/秒），秒），一般情况下太阳风的平均流速为一般情况下太阳风的平均流速为450公里公里/秒•太阳风暴：太阳活动（耀斑、爆发日珥、日冕物太阳风暴：太阳活动（耀斑、爆发日珥、日冕物质抛射等）所引起的高速、高密粒子流。

质抛射等）所引起的高速、高密粒子流36363737•四、日地关系四、日地关系•太阳活动所产生的各种电磁辐射和粒子流太阳活动所产生的各种电磁辐射和粒子流对地磁场、地球大气以及气候变化所产生对地磁场、地球大气以及气候变化所产生的影响•太阳赐给太阳赐给•地球生命地球生命3838对流层 10C对流层顶 -50C平流层臭氧层 -10C中间层 -80C电离层 0CDD70-90,长波E100-120，中波F160-450，短波3939•地球表面的平均气温是摄氏地球表面的平均气温是摄氏14度，如果没度，如果没有大气，则为有大气，则为-21度•对流层主要通过地面的红外辐射加热，所对流层主要通过地面的红外辐射加热，所以对流层的温度随着高度降低；臭氧层吸以对流层的温度随着高度降低；臭氧层吸收太阳的紫外辐射，因此温度升高；高度收太阳的紫外辐射，因此温度升高；高度再增长时，温度下降；到达电离层时，由再增长时，温度下降；到达电离层时，由于吸收太阳的于吸收太阳的x射线，温度又迅速升高，最射线，温度又迅速升高，最高温度可达摄氏高温度可达摄氏1100度电离层之外是地度电离层之外是地球的外层大气，延伸到地球外球的外层大气，延伸到地球外2-3千公里。

千公里4040太阳活动对地球的影响太阳活动对地球的影响• 地球磁场地球磁场—地球的保护衣地球的保护衣自转轴磁轴4141磁层顶磁层顶4242•地磁暴：地球磁场的强烈扰动地磁暴的形成是地磁暴：地球磁场的强烈扰动地磁暴的形成是由太阳活动产生的高速太阳风压缩地球由太阳活动产生的高速太阳风压缩地球磁层磁层引起引起的，是磁层把从太阳风捕获的能量在自身内部进的，是磁层把从太阳风捕获的能量在自身内部进行释放的过程行释放的过程•磁层的扰动影响与其相连的地球电离层和地层大磁层的扰动影响与其相连的地球电离层和地层大气，使整个地球大气层都发生相应的扰动气，使整个地球大气层都发生相应的扰动4343•1、地球磁场变化引起罗盘失灵，影响飞机船舶、地球磁场变化引起罗盘失灵，影响飞机船舶航行及雷达的正常工作；同时地磁场的变化也会航行及雷达的正常工作；同时地磁场的变化也会对电力系统及输油管道的正常工作产生影响，因对电力系统及输油管道的正常工作产生影响，因为强烈的磁暴在闭合导电回路中产生强大的感应为强烈的磁暴在闭合导电回路中产生强大的感应电流，使输电线路发生故障电流，使输电线路发生故障•2、太阳活动对电离层的扰动影响无线电通讯。

太阳活动对电离层的扰动影响无线电通讯电离层（电离层（70-400公里）是由于太阳辐射引起地球公里）是由于太阳辐射引起地球大气分子电离产生的，太阳辐射的变化将引起电大气分子电离产生的，太阳辐射的变化将引起电离层的变化离层的变化•无线电波是通过电离层的反射而传播的，电离层无线电波是通过电离层的反射而传播的，电离层的运动和变化增加了传播信号的噪声，低层的运动和变化增加了传播信号的噪声，低层（（D）的吸收降低信号的强度的吸收降低信号的强度4444•夜晚的短波通讯效果比白天好稳定）夜晚的短波通讯效果比白天好稳定）•正常情况下，电离层中的扰动幅度较小，不会对正常情况下，电离层中的扰动幅度较小，不会对通讯产生太大影响，但太阳活动造成的电离层状通讯产生太大影响，但太阳活动造成的电离层状态突变会使通讯中断态突变会使通讯中断•3、、太阳活动所产生的高能粒子流对宇航员及卫星太阳活动所产生的高能粒子流对宇航员及卫星系统造成危害系统造成危害•4、极光现象：常出现与地磁极附近大气中的彩色、极光现象：常出现与地磁极附近大气中的彩色发光现象来自太阳的高能粒子流在地磁场的作发光现象来自太阳的高能粒子流在地磁场的作用下，沿磁力线飞向极区用下，沿磁力线飞向极区 ，使高层大气中的分子，使高层大气中的分子或原子激发或电离而产生。

或原子激发或电离而产生45454646474748484949505051515252•5、太阳活动和地球气候变化的关系、太阳活动和地球气候变化的关系•大量的统计资料表明，太阳活动和地球气大量的统计资料表明，太阳活动和地球气候变化具有相关性候变化具有相关性•三个因素：三个因素：•太阳总输出能量的变化（一个黑子周期间太阳总输出能量的变化（一个黑子周期间变化幅度小于变化幅度小于0.1%太阳常数太阳常数-垂直太阳垂直太阳 方向单位面积上在单位时间接收到的太阳方向单位面积上在单位时间接收到的太阳辐射能约为辐射能约为1.96卡／卡／(厘米厘米2分钟分钟=1.37千千瓦瓦/米米2)）；）；•紫外和远紫外辐射的变化；紫外和远紫外辐射的变化；•太阳风和磁场的变化太阳风和磁场的变化5353•太阳活动中紫外和远紫外辐射的变化很大太阳活动中紫外和远紫外辐射的变化很大太阳电磁辐射对地球表面和大气层的加热，太阳电磁辐射对地球表面和大气层的加热，形成了大气层的温度垂直分布结构和大气环形成了大气层的温度垂直分布结构和大气环流，尤其是在对流层中造成了各种复杂的大流，尤其是在对流层中造成了各种复杂的大气现象。

太阳电磁辐射中，波长短于气现象太阳电磁辐射中，波长短于1400埃埃的紫外部分，是造成地球大气电离层和臭氧的紫外部分，是造成地球大气电离层和臭氧层的主要电离源这些辐射会引起地球上层层的主要电离源这些辐射会引起地球上层大气的扰动及臭氧层的变化大气的扰动及臭氧层的变化•太阳活动产生的高速太阳风扰动地球磁场产太阳活动产生的高速太阳风扰动地球磁场产生磁暴，加热高层大气，引起气压的变化，生磁暴，加热高层大气，引起气压的变化，产生大气环流，导致气候的变化产生大气环流，导致气候的变化54545555The Earth’s rotationtwists the convection currents to establish global atmospheric circulation patterns.The Earth’s rotation56565757•6、某些细菌和微生物的活动也可能受太阳、某些细菌和微生物的活动也可能受太阳辐射的制约；辐射的制约；•某些疾病如流行性感冒，心血管疾病等也某些疾病如流行性感冒，心血管疾病等也与太阳黑子数有关；与太阳黑子数有关；•7、树木生长的年轮圈的疏密情况明显地呈、树木生长的年轮圈的疏密情况明显地呈现现11年的周期性，主极大对应于活动的峰年的周期性，主极大对应于活动的峰年。

年•太阳峰年地面上的紫外线有多少？太阳峰年地面上的紫外线有多少？5858•8、太阳活动和地震有关吗？、太阳活动和地震有关吗？•地震：地球板块的错动、断裂及滑动等地震：地球板块的错动、断裂及滑动等•大量的统计结果显示，地震也呈现大量的统计结果显示，地震也呈现11年和年和22年的活动周期，与黑子活动有关根据年的活动周期，与黑子活动有关根据地磁扰动进行地震预报也取得了一定的成地磁扰动进行地震预报也取得了一定的成功原因何在？功原因何在？5959•太阳活动发出的大量辐射和带电粒子流使地太阳活动发出的大量辐射和带电粒子流使地磁场受到强烈扰动，磁暴可在地壳中产生力磁场受到强烈扰动，磁暴可在地壳中产生力的作用，成为地震的导火索的作用，成为地震的导火索•太阳耀斑触发了地震，高能粒子形成潮汐一太阳耀斑触发了地震，高能粒子形成潮汐一样的能量波，其中的甚低频辐射使已积聚巨样的能量波，其中的甚低频辐射使已积聚巨大应力的断层发生共振大应力的断层发生共振6060•五、研究意义五、研究意义•1、太阳活动预报、太阳活动预报•2、开发利用太空、开发利用太空•卫星：侦察、气象、资源、通讯、导航卫星：侦察、气象、资源、通讯、导航•空间站、空间望远镜等空间站、空间望远镜等•空间太阳能发电站空间太阳能发电站•无线能量传输无线能量传输•3、探索宇宙奥秘、探索宇宙奥秘•各种宇宙飞船各种宇宙飞船•我国太阳研究简介我国太阳研究简介6161历史上若干重大空间灾害性事件历史上若干重大空间灾害性事件•19581958年年2 2月月9-109-10日，地磁暴造成北大西洋电日，地磁暴造成北大西洋电报电缆中断，多仑多停电；报电缆中断，多仑多停电；•19721972年年8 8月月4 4日，强磁暴使美国伊力诺斯等日，强磁暴使美国伊力诺斯等州电力电缆中断，变压器损坏；州电力电缆中断，变压器损坏；•19791979年年3 3月，对越自卫反击战时，大耀斑导月，对越自卫反击战时，大耀斑导致部队无线通讯完全中断；致部队无线通讯完全中断；•19891989年年3 3月月13-1413-14日，强磁暴造成加拿大魁日，强磁暴造成加拿大魁北克地区电网停电；全球无线电通讯受到北克地区电网停电；全球无线电通讯受到干扰，日本一颗通讯卫星异常；美国一颗干扰，日本一颗通讯卫星异常；美国一颗卫星轨道下降；卫星轨道下降；6262•19901990年太阳峰期，高能粒子造成我国风云年太阳峰期，高能粒子造成我国风云- -IBIB气象卫星提前报废；气象卫星提前报废；•19911991年年4 4月月2929日，强磁暴发生后使美国缅因日，强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生灾难性破坏；州核电厂发生灾难性破坏；•1997年年1月月6-11日的日冕物质抛射日的日冕物质抛射 使使AT&T公司通讯卫星报废；公司通讯卫星报废；•1998年年5月月19日美国银河四号通讯卫星失效日美国银河四号通讯卫星失效,同时同时 德国一颗科学卫星报废。

德国一颗科学卫星报废6363•SOHO: Solar and Heliospheric Observatory 太阳与日光层观测器太阳与日光层观测器•欧洲空间局和美国航空航天局联合发射欧洲空间局和美国航空航天局联合发射•发射日期：发射日期：1995年年12月月2日日, 1996年年2月月14日到达日到达其永久位置其永久位置•重量：重量：2吨吨•距地球的距离：距地球的距离：0.01AU=150万公里万公里•www. S6464谢谢6565。