太阳磁场是太阳上所有磁场的总称。太阳表面和整个太阳大气层都有磁场存在。受观测手段的限制,只能观测到太阳表面的磁场。太阳磁场的起源还是个悬而未决的难题。太阳磁场可利用太阳光谱线的塞曼效应测量。太阳磁场有许多复杂的结构,正是这些错综复杂的磁结构形成了太阳上的各种活动现象。 太阳表面磁场可分为活动区磁场和普遍磁场。活动区磁场主要指黑子磁场(见黑子磁场)。普遍磁场是活动区外的日面宁静区的微弱磁场。由于局部活动区磁场的干扰,太阳普遍磁场只有在两极区比较显著,但也只有1~2高斯。太阳普遍磁场的强度经常变化,甚至极性会突然转换。高分别率的观测表明,太阳磁场还有很复杂的精细结构,表现为许多磁结点的形式。宁静区的磁结点的范围有200公里,但磁通量占整个宁静区的90%左右,其磁场强度可达上千高斯。
太阳磁场在磁场”冻结”的情况下,随太阳风粒子向外延伸,形成扇形结构的行星际磁场。到达地球磁层前的行星际磁场状态决定着近地空间的许多现象和扰动,是空间环境科学非常关注的量。 图表出处:http://www.sec.noaa.gov/(Space Environment Center) (撰写:吴中华 审订:都 亨 ) |
太阳磁场
热辐射环境
影响航天器热量平衡的辐射环境。太阳和地球的辐射是轨道航天器的主要热辐射环境。太阳发射频段很宽的电磁辐射,它还控制着对地球及其大气的热输入。地球热辐射又叫做射出辐射。地球平均热辐射的测量值为243 7w/m2,其时间变化特性,不显著,但随纬度有较大变化,从赤道到两极随纬度增高热辐射值减小,从250减至140 w/m2。它们决定着航天器的热平衡状态。
(撰写:古士芬 修订: 审订:都 亨)
活动区磁场
太阳活动区的出现和磁场增强有密切关系。在活动区出现前,首先观测到磁场的增强。磁场是活动区的最本质特征。活动区往往具有复杂的磁场结构,并且磁场强度也非常高,一般可达上千甚至几千高斯。活动区磁场与太阳大气的相互作用的结果产生各种瞬变和缓变活动现象。在同一活动区中,极性相反的磁区之间有一条磁场为零的分界线,称为磁中性线。在磁中性线附近磁场梯度很大,容易发生等离子体不稳定过程和其他磁能转换过程。结构复杂的磁场所蕴藏的磁能非常巨大,足够供给一次大耀斑爆发的能量。在耀斑爆发前后,活动区的磁场往往有剧烈变化,然后变得比较简单。因此磁中性线的变化,特别是突然消失预示能量的转移或爆发,可用来预报耀斑或其他活动(如日冕物质抛射等)的爆发。现在有一种观点认为磁场在日冕物质抛射过程中起着重要作用。磁能的释放转化为日冕物质的动能和热能。另外磁场可以支撑日珥,将相对低温的日珥和高温日冕隔离开。
(撰写:吴中华 审订:都 亨)
黑子磁场
强磁场是黑子的基本特征。黑子磁场强度在1000~4500高斯之间。黑子中磁力线的分布具有轴对称的特征。在黑子中心磁力线几乎和该处太阳表面的法线一致,从中心向外,磁力线与法线的夹角逐渐增加。用扇形模型能很好地描述该特征。黑子磁场在中心与半影边缘一半处达到极大。黑子磁场强度与黑子面积A有关。一般面积越大,磁场越强。最大磁场强度Hm与黑子面积有近似关系:
黑子磁场是不稳定的,它随时间变化,一般为每小时0.4~18高斯。在剧烈活动时可达每小时180高斯以上。在这种变化对太阳活动区的许多不稳定过程起着重要作用。黑子磁场存在精细结构:黑子内磁力线随深度有很强的扭转和旋涡结构;存在本影点。黑子磁场的极性在一个黑子群中有一定的分布规律。一般来说,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,则尾随黑子就是S极。在同一半球,一个黑子群的磁极性分布状况是相同的,而另一半球则与此相反。在一个太阳周(约11年)结束,另一个活动周开始时,上述磁极性分布会颠倒过来,形成一个约22年的磁周。
(撰写:吴中华 审订:都 亨 )
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 ) |