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日冕与冕洞

  日冕位于太阳大气的最外层。早期称为M区。从色球外缘向外延伸到几个太阳半径处,甚至更远。日冕由很稀薄的完全电离的等离子体组成,温度1~2百万度。日冕的亮度极低,仅为光球的百万分之一左右。日冕辐射的波段范围很大,从X射线,可见光到波长很长的射电波。太阳光谱的远紫外线和X射线主要在日冕中产生,因此常用远紫外线和X射线这两个波段来获得日冕像。日冕的形状和太阳活动水平有关。在太阳活动极大年,日冕接近圆形;而在宁静年则比较偏,在赤道区向外延伸。日冕磁场同光球磁场和色球磁场密切相关。日冕有两种磁结构:一种是封闭式的场结构,其对应的光学结构是盔状冕流;另一种是开放式结构,其对应物是冕洞。在X射线或远紫外线的日冕像中,辐射较弱、亮度比周围小得多的日冕区域,称为冕洞。冕洞大致分三种:①极区冕洞,位于两极区,常年都有。②孤立冕洞,位于低纬区,一般面积较小;③延伸冕洞,从极区向南北延伸,从北极区向南延伸到南纬20°左右,或从南极区向北延伸至北纬20°左右,面积较大。也有人把冕洞分为两类:极冕洞,包括延伸到赤道附近的极冕洞。另一类是赤道冕洞,包括除极冕洞外的所有冕洞。冕洞是太阳上比较稳定的现象,寿命一般为5个太阳自转周。冕洞具有较明显的27天重现性。冕洞磁场的源位于太阳内部,比背景磁场源更深。统计表明,最大冕洞的发展在时间和位置上是与太阳活动中最强烈的耀斑区是一致的。冕洞与高速太阳风有较好的相关性,基本上认为冕洞(很可能是极冕洞)是高速太阳风的源。因此它是太阳上的重要区域。      (撰写:吴中华 审订:都 亨 )

1991年7月11日出现日全食时拍摄的日冕图像

  图表出处:http://www.solarviews.com/

日冕物质抛射

  从日冕局部区域,大量日冕物质瞬时向外膨胀或向外抛射进入行星际空间的现象。它是太阳上的一种大尺度的高能活动现象,是日冕瞬变事件的一种。它在几分钟到几小时的时间尺度内日冕结构发生的明显变化,并拌有可观测的新的白亮光物质出现。这些抛出的物质进入行星际空间后,可引起行星际激波,并能严重干扰和影响太阳风磁场,面向地球而来的可影响地磁场。20多年观测发现,CME抛出的物质质量达1011~1013千克,能量可达1023~1025焦耳,抛出物质以平均约500km/s的速度进入行星际空间,常常伴随有射电爆发。CME是一种大尺度的现象。它的空间尺度一般在105公里左右,其角宽度可以从几度到几十度,一般都很大,平均为45o左右。CME的发生位置,在太阳活动极小年,集中在赤道附近,以后随太阳活动的上升向两极扩展,极大时可达两极。CME是一种频繁发生的现象,其发生率的变化规律与太阳活动规律基本一致。日冕物质抛射出的物质大体上有环形、拱形和晕形等几种三维机构。目前对CME的产生机制还没有合理的解释。越来越多的研究者认为CME是日地能量系统的一个重要环节,是太阳能量释放并导致行星际以及地磁扰动的初始源。因此对CME现象的深入研究,将对太阳活动预报和空间环境预报有重要的推进作用。
                       (撰写:吴中华 审订:都 亨 )

日冕物质抛射

 图表出处:http://www.spaceweather.com/

空间环境效应

  宇宙空间中的各种中性和带电的粒子、引力场、电场、磁场、电磁辐射、空间碎片和流星体等环境,与处于其中的飞行器系统相互作用而产生的对飞行器系统及航天人员造成的影响,以及对地基的技术系统的运行和可靠性产生的影响,叫做空间环境效应。恶劣的空间环境可引发航天器运行、通讯、导航、电力传输网的事故,危及人类的健康和生命,造成社会经济损失。如高层大气对航天器的阻尼作用,原子氧的剥蚀效应,空间热等离子体的充电效应,空间高能粒子的辐射效应,单粒子事件效应,磁场的磁力矩效应,流星体和空间碎片的撞击效应,电磁辐射效应等,都对空间飞行器系统及航天人员造成不良影响,发生故障甚至失效。对影响航天器寿命的,或可能造成航天器故障或异常的空间环境效应,必须采取防范措施,即对空间环境效应要采取相应的对策。空间环境效应及其对策是空间飞行系统设计必须考虑的重要方面,是空间环境科学的重要研究内容。                 
                    (撰写:古士芬 修订: 审订:都 亨)

大气阻力效应

  航天器在大气阻力作用下使轨道大小和形状不断变化的效应。椭圆轨道的变化过程是:远地点高度逐渐降低,轨道周期不断减小,变成圆轨道后,轨道半径逐渐收缩直至陨落。在LEO轨道,中性大气气体分子与运行其中的航天器发生碰撞,把能量和动量传给航天器,因此航天器与大气阻力进行了动量交换。由简单的动量守恒,可以得出与航天器速度矢量方向相反的大气阻力对航天器的作用力:

  其中,ρ∞是周围中性大气的密度,S是航天器的迎风截面积,Cd是阻力系数,V0是航天器速率。
  附图:轨道变化过程

  图表出处:中科院空间中心硕士毕业论文 刘静 《大气阻力作用下的卫星寿命预报》 1995年。
                      

(撰写:刘 静 修订: 审订:都 亨)

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