北大太空探索课件01太空概览-3太阳与太阳风

1、一周太空新闻和事件一周太空新闻和事件v欧洲空间局于欧洲空间局于3月月9日成功发射了自动货运飞日成功发射了自动货运飞船船ATV“儒勒儒勒凡尔纳凡尔纳”，ATV重重20吨，为国吨，为国际空间站送去约际空间站送去约6吨的水、燃料和科学仪器。吨的水、燃料和科学仪器。v奋进号航天飞机今日奋进号航天飞机今日14点点28分升空，将在太分升空，将在太空飞行空飞行16天。任务：新的机械手、安装日本天。任务：新的机械手、安装日本实验舱实验舱v火星上发现可能曾经存在生命的陨石坑火星上发现可能曾经存在生命的陨石坑霍尔登陨石坑霍尔登陨石坑太阳与太阳风本节本节内容内容1.太阳的结构太阳的结构2.太阳爆发性活动太阳爆发性活动3.太阳周期性活动太阳周期性活动4.太阳活动对地球空间的影响太阳活动对地球空间的影响太阳的基本参数v半径：半径：695,990千米（地球的千米（地球的109倍倍）；）；v质质量量：太太阳阳系系99.865%的的质质量量（地地球球的的33万万倍）；倍）；v平均密度：平均密度：1.408克克/厘米厘米3v表面温度：表面温度：5770Kv中心温度：约中心温度：约15,600,000Kv中心成分：中心成

2、分：35% H, 63% He, 2% (C, N, O, .) v年龄：年龄：4.57 109 年年太阳的内部结构1.核核2.辐射区辐射区3.对流区对流区核反应区核反应区v厚度约为太阳半厚度约为太阳半径的径的1/4，太阳，太阳能量的能量的99%是由是由中心氢聚变为氦中心氢聚变为氦的核反应产生的。的核反应产生的。辐射区辐射区v太太 阳阳 厚厚 度度 的的25%到到 70%，在在核核心心产产生生的的能能量量由由光光子子向向外输送外输送对流区对流区v底部的温度底部的温度高，顶部的高，顶部的温度低，温度低，形成对流。形成对流。太阳大气结构v从从内内到到外外分分为为光光球球层层、色色球球层层、过过渡渡区区和和日日冕冕；v太太阳阳大大气气的的主主要要成成分分是是 氢氢 （ 质质 量量 约约 占占70%）与与氦氦（质质量量约约占占28%）；）；光球层光球层v肉眼可看见的日轮，肉眼可看见的日轮，大约几百公里厚；大约几百公里厚；v可见光波段的辐射几可见光波段的辐射几乎全部源于光球层；乎全部源于光球层；v用简单的望远镜可观用简单的望远镜可观测到暗的测到暗的黑子黑子、亮的亮的光斑光斑、米粒米粒和和超米粒超

3、米粒结构。结构。太阳黑子太阳黑子v太阳光球上的黑色太阳光球上的黑色斑点，是光球上斑点，是光球上温温度较低、磁场很高度较低、磁场很高的区域的区域 米粒 超米粒黑子和亮斑色球层色球层v在在光球层上面的不光球层上面的不规则层，大约规则层，大约1500公里厚。用单色光公里厚。用单色光观测，可以看见它观测，可以看见它是一个美丽的玫瑰是一个美丽的玫瑰红色的气层，因而红色的气层，因而得名光球层。得名光球层。过渡区过渡区v色球层与日色球层与日冕之间的薄冕之间的薄层，在层，在 这个这个层的层的 上下，上下，温度发生急温度发生急剧变化。剧变化。日冕v过渡区之上是日冕过渡区之上是日冕层，延伸到数倍太层，延伸到数倍太阳半径处；阳半径处；v日冕是温度日冕是温度108K的的高温、稀薄等离子高温、稀薄等离子体；体；日日冕冕环环日冕环与地球比较日冕环与地球比较冕洞v在在太阳太阳x射线象射线象中暗的区域称中暗的区域称冕洞冕洞；v冕洞是高速太冕洞是高速太阳风的源；阳风的源；太阳风太阳风v高温日冕气体克服太阳高温日冕气体克服太阳引力，以引力，以400800km/s的典型速度离开太阳，的典型速度离开太阳，这个外流的等离子体称

4、这个外流的等离子体称为太阳风；为太阳风；v主要由质子和电子组成，主要由质子和电子组成，也有少量的氦核与重离也有少量的氦核与重离子；子；v太阳风高速流来自冕洞。太阳风高速流来自冕洞。太阳风速度随纬度的变化太阳风速度随纬度的变化2、太阳爆发性活动、太阳爆发性活动v日冕物质抛射日冕物质抛射v太阳耀斑太阳耀斑日冕物质抛射(CME)v日冕物质被加热和加速，速度超过逃逸速度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；而飞向行星际空间；v大的大的CME可抛出可抛出10亿吨物质，喷发速度可达亿吨物质，喷发速度可达2000km/s；v在太阳活动峰年，太阳每天发生大约在太阳活动峰年，太阳每天发生大约3次次CME :在太阳活动低年，大约每在太阳活动低年，大约每5天发生一次天发生一次CME。CME的演变太阳耀斑v太阳在短时间内爆发性的能量释放过程，太阳在短时间内爆发性的能量释放过程，持续时间从几十秒到几小时。持续时间从几十秒到几小时。 v主要特征是主要特征是电磁辐射电磁辐射急剧增大；在很强的急剧增大；在很强的耀斑期间，紫外和耀斑期间，紫外和X射线辐射可增强射线辐射可增强100倍。倍。v一次大耀斑释

5、放的能量高达一次大耀斑释放的能量高达1025J，相当于相当于4百亿个广岛原子弹。百亿个广岛原子弹。v在太阳活动高年，每周大约观测到一次耀在太阳活动高年，每周大约观测到一次耀斑。斑。耀斑形态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太阳耀斑分级vB: B1,B2,B10（微小耀斑）微小耀斑）vC: C1,C2,C10（小耀斑）小耀斑）vM: M1,M2,M10（中等耀斑）中等耀斑）vX: X1,X2,(大耀斑大耀斑)耀斑引起太阳表面震动耀斑引起太阳表面震动由由CME驱动的波的变化驱动的波的变化CME与耀斑v大约有一半的大约有一半的CME与耀斑无关；与耀斑无关；v耀斑耀斑伴随着强烈的电磁辐射伴随着强烈的电磁辐射 ，并不总有粒子，并不总有粒子辐射；而辐射；而CME主要是抛射物质（磁化的等离主要是抛射物质（磁化的等离子体）；子体）；v大磁暴与大磁暴与CME密切相关，只有同时有强粒子密切相关，只有同时有强粒子辐射的辐射的耀斑耀斑才引起磁暴。才引起磁暴。耀斑与粒子暴3、太阳周期性活动、太阳周期性活动v太阳电磁辐射与粒子辐射周期性的变化称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

6、动；为太阳的周期性活动；v主要周期活动：主要周期活动：27天天太阳自转周变化、太太阳自转周变化、太阳黑子的阳黑子的11年年周期变化和太阳磁场极性的周期变化和太阳磁场极性的22年年周期变化。周期变化。v太阳黑子随太阳表面旋转，从地球上看，一太阳黑子随太阳表面旋转，从地球上看，一个完整的旋转需个完整的旋转需27天；天；v黑子群，特别是具有复杂磁场位形的黑子群黑子群，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；常常是发生耀斑的地方；v太阳黑子在一太阳黑子在一周时间内的变周时间内的变化化黑子的月平均数变化第第2222太阳活动周太阳活动周太阳磁场v太阳磁场形态比地太阳磁场形态比地磁场复杂得多，图磁场复杂得多，图中黑、白相应于不中黑、白相应于不同极性；同极性；v太阳黑子区磁场最太阳黑子区磁场最强；强；v所有太阳活动都与所有太阳活动都与磁场的演变有关。磁场的演变有关。太阳表面磁场太阳表面磁场太阳磁场三维结构太阳磁场三维结构v可见的等离可见的等离子体环表示子体环表示了磁环了磁环v日珥日珥等离子体等离子体沿磁力线沿磁力线扩展。有扩展。有时磁力线时磁力线环破裂环破裂太阳风与日地关系v太阳风等离子体

7、是联系太阳活动与地球空间太阳风等离子体是联系太阳活动与地球空间变化的纽带；变化的纽带；v太阳风在接近磁层时的状态直接影响地球空太阳风在接近磁层时的状态直接影响地球空间的变化；间的变化；太阳可变性v电电磁磁辐辐射射：在在22年年太太阳阳活活动动周周中中，可可见见光光波波长长变变化化比比较较小小，在在短短波波区区(紫紫外外和和射射线线)及及射射频频变变化化可可达达100倍倍；在在耀耀斑斑期期间间射射线线变变化化可可达达106。在在11年年太太阳阳黑黑子子周周中中太太阳阳总总输输出出功功率率变变化化是是千千分分之之几几，但足以影响气候变化。，但足以影响气候变化。v带带电电粒粒子子：包包括括低低能能太太阳阳风风等等离离子子体体和和高高能能粒粒子子，它它们们携携带带了了太太阳阳的的部部分分能能量量。太太阳阳风风有有以以27天天为为周期的变化和由于日冕喷射的偶然变化。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v太阳黑子数；太阳黑子数；v10.7cm射电通量射电通量(F10)；v耀斑级耀斑级；v太阳风速度太阳风速度日冕物质抛射对地球空间的影响日冕物质抛射对地球空间的影响v磁暴磁暴v高能电子暴高能电子暴v太阳质子事件太阳质子事件耀斑对地球空间的效应vX射线暴射线暴8分钟到达地球分钟到达地球电离层突然骚扰电离层突然骚扰v相对论高能粒子相对论高能粒子10几分钟到达地球几分钟到达地球极区极区电离层电离增加电离层电离增加影响极区通讯影响极区通讯v太阳能量粒子太阳能量粒子几个小时到达地球几个小时到达地球对航天对航天员的危害员的危害,对航天器的危害对航天器的危害v高速太阳风高速太阳风2天左右到达地球天左右到达地球磁暴磁暴,亚暴亚暴v电离层突然骚电离层突然骚扰；扰；v电离层暴；电离层暴；v极盖吸收事件极盖吸收事件（PCA）v磁暴磁暴黑子与磁暴多波段观测太阳多波段观测太阳vNTSC多种仪器观测太阳多种仪器观测太阳vMULTI附加地磁场附加地磁场附加太阳风和附加太阳风和 IMFIMF附加地磁暴附加地磁暴本讲本讲复习题复习题v什么是太阳耀斑？什么是太阳耀斑？v什么是日冕物质抛射？什么是日冕物质抛射？v什么是太阳活动周？什么是太阳活动周？

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