太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?
2019年07月22日 15:41 新浪网 作者 科技之美好生活

在银河系中,有数十亿颗像太阳一样的恒星散落,地球之外的空间并非完全空洞,正如我们生活在太阳的扩展氛围中。太阳与地球之间相互作用,驱动了季节、洋流,辐射带和极光等现象的产生。从最大的行星,到轨道上最小的碎片颗粒,太阳的引力将太阳系固定在一起,其表面和大气也处于不断变化的状态。其广泛、动态的太阳大气,环绕着地球和其他行星,并且延伸到整个太阳系之中。科学家门通过观察整个太阳系中能量和粒子的流动情况,以解开恒星对在地球上生活的我们可能造成的各种影响。

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

是什么导致了太阳的不断变化

太阳释放能量的方式有两种,一种就是我们常见的光线,在照射地球时使生命成为可能; 而另一种则表现得更加暴力,它会发出光线、粒子和磁场的爆发,以产生波纹效应,一直到太阳系的磁边。从几毫秒内发生的微小变化,到持续数小时或数天的太阳火山爆发,再到27天的旋转,在每个时间尺度上,太阳的活动和条件几乎都有所不同。太阳磁场每22年左右就会完全改变方向并返回,这便是导致太阳活动周期大约为11年的缘由,随着磁场变得更加复杂,它会随之在太阳表面附近释放能量。

这些太阳爆炸,可以表现为太阳耀斑或日冕物质抛射的形式,甚至光速般地从太阳中冲出快速带电粒子的释放。下图便是在整个太阳周期的过程中,即太阳活动持续的11年中,大约每年一次显示的“极紫外波长”状况。对我们的眼睛而言,这种类型的光通常都是不可见的,但在这里以绿色着色。随着太阳周期向太阳最小角度倾斜,明亮的活动区域会变得越来越小,而活跃区域是大多数太阳爆发的来源,这意味着太阳活动和活动区域的数量都呈现出下降趋势。然后,随着活动周期的回升,这些明亮的活动区域又越来越多地覆盖太阳的面部,太阳活动随之开始变得越来越频繁。

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

太阳的扭转磁场,由带电材料的运动引起,被科学家们称为等离子体,从几毫秒到数十亿年,正是它导致了太阳在时间尺度上的不断变化。巨大的太阳火山爆发可持续数分钟至数小时,如太阳耀斑和日冕物质抛射,太阳的磁极大约每11年翻转一次,我们看到太阳黑子用数周的时间在其表面形成、生长和消失。几千年来,在任何给定时间,已知太阳的总能量输出都会发生变化。而生活在这颗恒星的扩展大气层中的我们,则更加需要了解驱动这种变化的原因。更重要的是,有关太阳能力的知识,有助于科学家们创建更好的模型,以预测它可能传递给我们辐射和能量的方式。

太阳具有独特的结构体构造

太阳的巨大质量通过引力吸引在一起,并产生了巨大的压力和温度。太阳和许多其他行星一样,也是一个气体星球。就原子数这个角度而言,它由91.0%的氢和8.9%的氦组成。如果按质量来划分,太阳的氢含量约为70.6%,氦含量约为27.4%。太阳有六个区域,它们分别是核心、辐射区、内部的对流区、光球、色球,以及最外面的日冕区域。核心温度大约为1500万摄氏度,这样的温度足以维持热核聚变。这是一个原子结合形成较大原子,并在该过程中释放出惊人能量的过程,具体来说,在太阳的核心,氢原子融合成氦,核心产生的能量为太阳提供能量,并产生太阳发出所需要的热量和光。

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

太阳的光球体是一个500公里厚的区域,大部分辐射都向外逃逸,这不是一个像其他行星那样的坚固表面。光球层的上方是脆弱的色球层和日冕(冠),它们一起构成了薄薄的太阳大气层,这也是我们看到太阳黑子和太阳耀斑等功能的地方。太阳释放出恒定的粒子和磁场,被称为太阳风。这种太阳风在太阳系中肆虐太阳系统的粒子和辐射 ,若没有受到大气、磁场或两者的阻碍,它们可以一直流向行星表面。太阳本身不是一个生物寄存的好地方,因其充满了热量,充满活力的气体和等离子体。但太阳却使地球上的生命成为可能,提供了植物等有机体用来形成食物链基础的温暖和能量。

太阳磁层和地球磁层的关联

太阳的磁场由太阳风通过太阳系进行,从太阳向周围散播带电的气体流,再加上太阳的旋转,磁场随之旋转成一个大的旋转螺旋,科学家们称之为帕克螺旋。太阳中的电流所产生复杂的磁场,会延伸到太空以形成行星际磁场,而由太阳磁场控制的空间体积称为日光层,在太阳周期阶段中,太阳的光球、色球和日冕经历了从宁静到剧烈活动的变化。太阳磁场的不规则性,引起了大量的能量和粒子释放,而其中一些甚至还能够传播到地球上。磁层是围绕地球的磁场气泡,由地球的自然所磁性产生,磁层的存在,保护了地球上的我们免受来自太阳的入射能量的影响,但太阳的能量依然会根据这样的空间天气,来改变自己的形状和大小,而这些波动会降低通信信号,甚至是致电网中出现意外的电涌。

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

太阳发出恒定的带电粒子流,即太阳风,在被星际介质阻挡之前,它最终会穿过所有的行星,并向冥王星延伸三倍。这会导致太阳及其行星周围形成一个巨大的泡沫,也就是所谓的日光层。而电离层是地球大气层中的一层,从地球表面上方约50至300英里处延伸,该层填充有带电粒子,并与中间层和热层的中性粒子重叠。电离层对来自太阳的入射物质很敏感,因此它可以对空间天气做出显着反应。由于电离层是低地球轨道航天器的所在地,以及无线电通信所通过的空间区域,因此该地区的意外变化,可对人类技术产生巨大影响。

太空天气对人类有哪些影响

若一个行星来要孵化生命,需要的不仅仅是和太阳保持正确的距离。通过将近地空间和太空系统中的空间环境观测,与日益复杂的计算机模拟相结合,科学家们对太阳物理学研究的重点是放在绘制出太空环境的细节。空间并不是空的,不管是地球周围的空间,还是行星之间的空间、又或是恒星之间的空间,它们与我们在地球上经常遇到的环境都大不相同,但它们远非平静的状态。这是一个复杂的系统,其中的电流产生磁场,反之亦然,而空间辐射在巨大的风中流动,粒子几乎可以加速到光速。来自太阳的能量输入和太阳系外部的宇宙射线,地球的磁场、甚至地面天气都可能导致系统发生其他变化。

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

虽然阳光从根本上促成并维持了生命的存在,但同时也可以产生大量辐射和磁能,甚至可以破坏行星的大气层、卫星甚至生命。当地球周围的空间环境发生巨大变化时,它被科学家们称为空间天气。严重空间天气的潜在影响范围也是广泛的,磁暴可能会干扰高频无线电通信和GPS导航,甚至在电网中产生强电流,从而破坏公用事业服务;无线电通信则可能会在极地受到影响,这对于跨极航线上的客机来说是一个问题;空间天气辐射会损坏航天器太阳能电池阵列并干扰通信,严酷太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?的太空天气辐射更可能给宇航员带来风险;而磁暴可则能会在电网中产生强电流,破坏公用事业服务,这种电流也可能出现在石油和天然气管道中,导致早期腐蚀;近地空间的变化可能使某些卫星受到比预期更多的阻力,导致早熟的轨道衰减,那些来自太空天气事件的快速移动粒子,可以在卫星电子设备上跳闸。

就像上个世纪陆地天气的监测和预报有所改善一样,科学家现在正致力于提高我们对空间天气的认识,以更好地了解太阳的能量和物质,如何驱动地球附近的太空天气。当然,研究太空天气是一项复杂的任务,包含了许多系统之间错综复杂的相互作用,比如太阳、太阳风、地球的磁场,以及地球的大气层。了解我们的太空环境,有助于了解航天器所经过的区域,并为构成行星和其他恒星的力量提供线索。太阳是我们唯一可以近距离进行研究的恒星,它的可变辐射会影响地球的可居住性。而恒星是如何影响整个宇宙中行星的可居住性,研究人员可以通过对太阳和太空天气的研究提供重要线索。

太阳磁层和地球磁层之间的关联,是什么导致了太阳的不断变化?

特别声明:以上文章内容仅代表作者本人观点,不代表新浪网观点或立场。如有关于作品内容、版权或其它问题请于作品发表后的30日内与新浪网联系。

科技之美好生活

科技之美好生活

创意科技,创意生活

+关注
作者文章