什么是太阳风 第一篇_(青少年健康成长大课堂)影响青少年的益智百科_太阳风是什么

天文学家曾发现在太阳表面上出现过闪光，在这闪光中显然有炽热的氢被抛得远远的，其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子，因此太阳的周围有一层质子云（还有少量复杂原子核）。1958年，美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。向地球方向涌来的质子在抵达地球时，大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层，从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发，会产生可以称为“太阳风暴”的现象，这时，磁暴效应就会出现。使彗星产生尾巴的也正是太阳风。

什么是太阳风 第二篇_太阳风暴

远道而来的太阳风暴

1989年3月，加拿大魁北克省的电力突然全面中断，持续时间长达9个小时。令人惊讶的是，这次事件的“罪魁祸首”竟是太阳。事后人们才知道，是一次莽撞的太阳风暴跟人类开了个不小的玩笑。

如果以能量计算，任何一次太阳风暴都像是挣脱地狱的魔鬼。它从炽热的太阳身上逃逸出来，挟带着数量惊人的X射线、等离子电荷和巨大磁场，穿越了几百万公里的空间路程，向着人类居住的地球扑来。幸运的是，它们大多数都消失在漫无目的的旅程中，只有很少一部分能到达地球，而到达地球中的一部分，又被厚厚的大气层挡在地球之外，能够穿透大气层并对人类产生影响的就只是极少数。但正是这样的极少数却造成了像1989年的魁北克事件这样的重大事故，给人类以灾难性的影响。这些射线和带电离子无情地轰击地球，就像来自洪荒远古的猛兽恣意蹂躏弱小的动物。有关记录表明，这些不速之客在人类历史上其实早就留下不少“劣迹”，只不过最近才更多地引起人们注意罢了。

科学研究和有力的事实证明，太阳风暴的强大辐射不仅威胁到暴露在太空中的宇航员（太阳活动使宇航员遭受的辐射剂量相当于作几百次X射线胸部透视）和卫星，甚至能穿透地球的大气层，扰乱地球磁场，进而影响人类的生活。根据科学家的观测，这种情况往往发生在太阳活动最活跃的时间段。当太阳活动进入活跃期，就会使手机等无线电通讯、飞机和船只的导航以及电力供应受到严重的干扰，甚至发生中断，人的大脑也将受到各种辐射的损伤。在臭氧层减少的地区，这种影响的表现尤为明显。

除太阳风暴之外，三种太阳现象：冕洞、太阳耀斑（亦称色球爆发）和日冕喷射，对太空气象的影响也至关重要，对人类的生存也构成严重的威胁。

冕洞是日冕表面温度较低的部分，在X光射线或紫外线下看起来比周围的地带要暗一些，就像是一个个的黑洞。随着太阳自转而旋转的冕洞如同草地上浇水的水龙头，把太阳内部爆发产生的原子流抛向太空，而其中的一部分会撞击地球的磁场，使得平时被地磁场紧紧束缚的带电粒子四散逃逸，从而引起地球地磁扰乱现象。

太阳耀斑是色球层中的能量爆发，它挟带着强大的X射线、紫外线和带电粒子轰击着整个太空。在太阳最活跃的时间段里，它的威力将比相对平静的时期强大1000倍。首先到达地球的是X射线和紫外线，它们轰击地球上层大气，产生电离现象，低能电子包围着太空中的宇宙飞船和人造卫星，而静电放射很可能损害精密电子仪器。射线袭击20分钟后，高能质子和强力原子接踵而至，它们的能量比平常的太阳风要强大几百万倍。“当它的威力发挥到极至的瞬间，任何飞行在空中的物体都处于极度危险中——连超人也不例外。”美国国家海洋与大气局太空环境中心副局长荣•茨威格说。

在这三种太阳现象中，日冕喷射最能引发狂暴的太空气象。通过设置在探测卫星上的广角光谱日冕观测仪，我们看到的日冕喷射就像是太阳顽皮的嘴里吹出的明亮气泡，谁能想到它的威力是那样令人颤抖呢？包含着几百万吨的太阳物质和一部分太阳磁场，狂野地冲向太空。它逃出太阳的羁绊几天后便会粗野地闯入地球，“所有的地狱出口都将大开”，一位研究者不无夸张地形容它们到来后的灾难。巨大的冲击可能强烈地扭曲地磁场，产生被称为“杀手”的电子湍流，它们的穿透力不但能钻入卫星内部造成永久性破坏，甚至可以切断电压调整器和电路传送，造成地面电力系统的全面崩溃——1989年的魁北克事件已经给了我们活生生的例证。

根据一些科学家的调查，太阳活动对人类的影响范围不单是我们上面提到的无线通信、电力系统等，更涉及到地球的气候、疾病的传播等等重大问题。当太阳活动极大年到来时，这一切都将更为引人注目。

我们已经知道，太阳风暴是漫游在广袤太空中的“游侠”，平时很少光顾地球。但是，在太阳活动极大年中，太阳风暴袭击地球的频率是平常的几倍，通常一星期就发生几次。尽管其

中大部分都不为人知地悄悄消逝在空中，不会产生什么重大影响，但如果发生大能量的冲击，很可能造成严重的后果，甚至比1989年魁北克事件更具破坏力。正因为如此，天体物理学家们比往常更紧张地工作着。通过巨型天文望远镜和探测卫星，他们从每一个可能出现太阳风暴的角度观测着无垠的太空，时刻警惕着这些可能到来的“侵入者”。

“如果能提前——哪怕是一个小时——预报太阳风暴的到来并加以警告，人类受太阳风暴影响而造成的损害就能降低到尽可能低的程度。”科学家们如是说。

尽管目前太空气象预报的水平只相当于1960年的地面天气预报水平，但30多年来，太空环境中心的研究人员在24小时预报太阳风暴爆发的工作上取得了很大的进展。这种爆发通常是由于太阳内部一向受压抑的磁场力被突然释放而产生的，对太空气象的影响至关重要。但最可靠的太阳风暴警告预报时间只有一个小时：当从太阳放射出的电离云经过设置在太空中的太阳探测卫星时，我们才能得到准确的信息。这颗探测卫星离地球150万公里，太阳冲击波只需一小时就能越过这段对我们来说遥远至极的距离，很快到达地球。而在一个小时内，要把警告信息传遍全球，实在令人有点措手不及。

国家航空和宇宙航行局计划把一颗新型探测卫星送上太空，其目的是追踪记录从太阳到地球的风暴轨迹。同时，他们还将与能源部等部门通力合作，把新型器材运送上气象卫星以搜集预报太空气象的信息，力争在十年内达到准确预报太空气象的水平。要在准确的基础上进行全面的太空气象预报，正如专家所言，我们还有很长的路要走。

对于生活在太阳底下的人类来说，当我们的思绪偶然从琐碎的日常生活转向广袤的太空和炽热的太阳时，是不是会有一种特别的感受袭上心头？而想想有一天跟我们朝夕相伴的太阳竟会是给我们带来灾难的瘟神，那是怎样一种心情。

※ 太阳概说

太阳是太阳系的中心天体，是太阳系里唯一的一颗恒星，也是离地球最近的一颗恒星。太阳位于银河系的对称平面附近，距离银河系的中心约33000光年，在银道面以北约26光年。它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转，另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。太阳的直径为139.2万千米，是地球的109倍；太阳的体积为141亿亿立方千米，是地球的130万倍；太阳的质量约为2000亿亿亿吨，是地球的33万倍。它集中了太阳系99.865％的质量，是个绝对至高无上的“国王”。然而，在宇宙中，它还只是一颗质量中等的普通恒星。

太阳是一个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从中心到边缘可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层，其能量的99％是由中心的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的密度和温度极高，其主要成分是氢（质量约占71％）与氦（质量约占27％）。太阳的大气层从内到外可分为光球、色球和日冕三层。

※ 太阳的结构

光球层厚约5000千米，我们所见到的太阳可见光，几乎全是由光球发出的。光球表面存在着不随时间变化、均匀分布的米粒状气团，它们呈激烈的起伏运动，是从对流层上升到光球的热气团，称为米粒组织。另外，还有超米粒组织，其直径与寿命要大得多。在光球处还分布着太阳黑子和光斑，偶尔还会出现白光耀斑。

太阳黑子是太阳表面较暗处，因温度较周围低，所以呈黑色。太阳黑子实际上是具有强磁场的低温旋涡，因此，当太阳黑子出现时，地球磁场必然会受其干扰。太阳黑子出现的数目呈规律性循环，约11年为一个周期，而黑子出现最多的年份称为“太阳活跃年”。

从光球表面到2000千米高度为色球层，它得在日全食时用色球望远镜才能观测到。在色球层有谱斑、暗条和日珥，还时常发生剧烈的耀斑活动。色球层厚约8000千米。太阳具有反常增温现象，从光球顶部到色球顶部再到日冕区，温度不断陡升。色球层有出现在日轮边

缘的针状物，它们不断产生与消失，寿命一般只有10分钟。色球上经常出现一些暗的“飘带”，被称为暗条。当它转到日面边缘时，有时像一只耳朵，有时好像腾起的火焰，人们俗称它为日珥。日珥的形态千变万化，可分为宁静日珥、活动日珥和爆发日珥。日珥的平均寿命约为五分钟。日珥在日面上的投影称为暗条。在色球与日冕之间有时会突然发生剧烈的爆发现象，称为耀斑。耀斑常发生在黑子群附近。耀斑发生时，会释放巨大的能量，其巨大的能量来自磁场。下图为1973年12月一个巨大的日珥跨越日面588，000千米时的情景。

※ 太阳日冕层

色球层之外为日冕层，它温度极高，延伸到几倍甚至几十倍太阳半径外。日冕物质非常稀薄，但温度非常高，可达200万摄氏度以上。日冕也只有在日全食时才可以观测到。在太阳活动的极大年，日冕接近于圆形。在太阳活动的宁静年，日冕则呈椭圆形。日冕中有大片不规则的暗黑区域，叫做冕洞。冕洞是高速太阳风的重要源泉，是日冕中气体密度较低的区域。冕洞分为三种：极区冕洞，孤立冕洞，延伸冕洞。

日冕表面的高温使气体获得克服太阳引力的动能，形成不断发射的较稳定粒子流，称为太阳风。当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时，太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时，地球两极会出现极光。极光的形态千变万化。发生在日冕的耀斑叫X射线耀斑，它直接引起地球电离层骚扰，从而影响地球短波通讯。

※ 太阳风暴：太阳打喷嚏

太阳风暴主要由太阳表面释放出的气体和带电粒子流引起。这些粒子携带的能量惊人，通常会以每小时几百万公里的速度向地球袭来，其势如超高速行进的列车。由于太阳风暴中的气团主要内容是带电等离子体，并以每小时150万到300万公里的速度闯入太空，因此，它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时，将影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层。

科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。太阳的活动对地球至关重要，因而太阳一打“喷嚏”，地球就会患上轻重不同的“感冒”。那么，太阳的“喷嚏”会使地球患上什么样的“感冒”呢？

短波通信受干扰：由于短波通信需借助位于地表70到500公里高度的电离层连续反射传播信号，所以当太阳风暴产生的X光辐射引起电离层出现地磁紊乱后，通信就会中断。 航空航天受影响：太阳风暴会损坏航天器并影响宇航员及高纬或极区飞机上乘客的健康。上个世纪70年代的一次太阳风暴曾导致大气活动加剧，增加了当时属于苏联的“礼炮”号空间站的飞行阻力，从而使其脱离了原来的轨道。而日本环境观测卫星“绿色2号”的太阳能电池板发电能力基本丧失，也可能与光临地球的太阳风暴有关。

太阳的“喷嚏”虽然可能对航空、航天、通信、电力等产生影响，但对人体的影响却微乎其微。这是因为太阳风暴爆发时面向地球喷射的带电粒子只是其中的一小部分，而且在穿越日地间上亿公里的路程时，大多消失在漫漫旅程中。即便接近地球了，这些带电粒子绝大部分也会被地球磁场和外层大气拦截住，所以太阳风暴不会对人类的生命活动造成威胁，人们不必担心它影响到正常的生活。

太阳风暴让我们很受伤

近来，太阳的“脾气”着实不太好，动不动就“大发雷霆”，掀起一阵阵太阳风暴，弄得地球也跟着“担惊受怕”，一会儿通信信号中断，一会儿卫星失灵、飞船轨道下降，众生灵战战兢兢。人们开始担心太阳给人类带来的伤痛。

※ “防护装甲”和“保护伞”

如果我们身处太空，又毫无防护措施，当太阳风暴爆发时，从太阳上喷发出的大量射线和高能粒子对人类健康的影响也许是致命的。所幸的是，面对太阳风暴，我们有一层厚厚的“防护装甲”——地球大气层，还有一把功能不错的“保护伞”——地球磁场。正是因为它们的存

在，使时速几百万公里吹来、在太空中一路“横行霸道”的太阳风暴，在到达地球时成了“强弩之末”，对我们几乎奈何不得。当太阳打“喷嚏”时，虽然会向地球喷发各种射线和高能粒子，而且其中有许多是对人体有伤害的高能辐射，如紫外线、极紫外线、X射线、Y射线、各种带电高能粒子等。但是，当太阳风暴穿越厚厚的地球大气层时，其中的极紫外线、 射线几乎完全被大气吸收，绝大多数的紫外线也被大气层中的臭氧层吸收，只有极少数近紫外线会到达地面，对人体只会造成轻微的伤害。可见，由地球磁场构成的“保护伞”，对太阳风暴吹来的带电高能粒子有着很好的屏蔽作用。当这些带电高能粒子进入地球磁场后，由于本身带电，会被地球磁场“发配”到地球荒无人烟的南极和北极，并在极地生成极光。即便有少数粒子自持能量很高，拒绝“发配”，闯过这道保护伞，落到地球表面，也只会是“零星小雨”，对人的健康构不成威胁。※ “星星”为什么会闪光

既然地球为我们提供了抵御太阳风暴的“保护装甲”和“防护伞”，是不是我们人类就可以高枕无忧了呢？那倒未必。

有两个奇怪的现象已引起了科学家们的注意。在已经退役的“协和”客机上，乘客们有时会感到眼前有“星星”一闪一闪地发光。这种现象，在穿越极地上空的其他类型客机上，有时也会被乘客碰到。中国科学院空间环境预报中心主任说，其实，乘客们看到的并不是什么星星在闪光，而是由于协和客机一般在一万五千米左右的高空飞行，而在这种高度，存在着一些太阳风暴中的高能粒子，它们还没来得及被大气层和地球磁场“消化”和“发配”。正是这些高能粒子，击中乘客的视网膜，让乘客们看到好像“星星”在闪光。

地球的南极和北极，是太阳高能粒子的主要“发配、流放地”，所以，极地上空聚集的高能粒子密度更高，而高度更低，一些普通航班，即便飞行高度没有达到协和号班机的高度，乘客眼中有时也会产生“星星闪光”的感觉。专家认为，少量高能粒子击中人体，并不会产生致命伤害，但如果长期累积，势必会影响人体健康。所以，对这些“漏网之鱼”，我们还是小心为妙。

信鸽为什么会迷路

另外一个现象也令人费解。在某信鸽协会组织的一次信鸽比赛上，有50多只参赛的信鸽迷失了方向，没有如期飞到目的地。然而，这些信鸽并非“菜鸟”，它们训练有素，大都有着上千公里长途飞行的经验。究竟是什么原因造成了经验丰富的信鸽迷路呢？

专家分析，是太阳风暴制造了这次信鸽迷路事件。由于太阳风暴的侵扰，导致地球发生地磁暴，而地磁暴的出现，就使信鸽所依赖的地球磁场的“导航系统”出了毛病，最终导致迷路。 鸽子既然会因地球磁场变化而迷路，那么人类的健康会不会也因此而受到影响呢？有关人士对此不抱乐观态度。一种说法认为，太阳风暴导致的地球磁场变化，可能会使人体免疫力下降，有可能引起一些心血管病人的不适甚至诱发癌症。曾有科学家专门对此做过统计分析，研究结果表明，太阳黑子的数量与人的癌症和心血管发病率有一定相关性。但对于这一结果，也有一部分更加严谨的科学家认为，太阳黑子是否与人的某些疾病存在相关性，还有待用更为科学的统计方法提供更为有力的证据。

※ 太阳风暴的美丽：绚烂极光

我们来看一下最近一次人们看到的极光——太阳活动给地球生灵带来的美丽“焰火”。 英国媒体曾报道，在英国、加拿大、挪威和芬兰等国家的不少地方都出现了非常绚丽多彩、美轮美奂的极光。

英国威尔士一名居民很开心地对媒体说：“我们在晚上看到了极光，真是太幸运了，而且我们看到的极光非常清晰，就像明亮的探照灯发出来的光，天空中布满了红、蓝、紫、绿等色相间的光线，特别美！”

而同一天，在阿拉斯加等地的天空中，美丽的极光还呈现出变幻无穷的形状，一会是帷幕状、弧状，一会又是带状和射线状等多种形状，这难得一遇的美丽而壮观的景象，吸引了当

地居民的眼球，人们纷纷走出家门驻足观望。

同一时间，得克萨斯州和佛罗里达州的居民也都目睹了极光飞舞的壮丽景象。人们惊叹于她的美丽，也困惑她的突然拜访。

人们看到的这些美丽极光，与“骚扰”地球的太阳风暴息息相关，因为极光是太阳射出的带电粒子与地球磁场相互作用后，在高层大气中产生的发光现象。

每逢太阳活动极大年、太阳活动发生剧烈变化如耀斑爆发时，人们就可以看到比平常年更为壮观的极光景象，就连许多以往看不到极光的纬度较低的地区也会出现极光。同时，由于在高层大气中含有不同元素的气体，它们受带电粒子和磁场作用后所发出的光颜色也不同。例如，氧元素被激后发出的是绿光和红光，氮元素发出的是紫光，而氩元素则发蓝光。所以，人们才能看到五彩斑斓的光线布满天空，美轮美奂，竞艳人间。

※ 太阳风暴的困惑：不利于诞生天才？

关于太阳风暴给地球带来的影响，科学家都一致认为，其强烈的气流可能造成卫星通讯中断，地面电信停滞，还会给石油和电力输送系统带来巨大威胁，也会对民航飞机的飞行安全造成很大影响。另外，厄尔尼诺、拉尼娜等给地球造成灾害的气象现象也与太阳风暴的周期性活动有密切关系。

但是，太阳风暴对人类的健康到底有没有影响，在多大程度上会造成影响，似乎一直没有定论，也颇让人们困惑。

不少科学家提出，受太阳风暴的影响，大气层内对人类身体起保护作用的物质会沿地球磁力线扩散到两极，造成紫外线辐射增强，可能对人体皮肤带来伤害。

还有科学家认为，太阳风暴不仅会使人体免疫力下降，使心血管系统病人病情加重，还可能影响胎儿生长和孩子的智商。这就让人感到费解了：人的天生聪慧与否难道真的是天赐？是的。为什么不是呢？

为了研究这一让人颇为不解的奇特现象，科学家曾统计了公元1600年以来诞生的杰出的政治家、军事家、科学家和艺术家等社会杰出人士，发现在此期间，共有18个诞生高智商天才人物的高峰期，而这些时期都处于太阳活动相对平稳的年份。也就是说，太阳的“安静”是造就他们非凡才华的重要原因之一。例如，1825年前后，是太阳活动相对平稳的时期，在这一时期诞生了达尔文、屠格涅夫、陀思妥耶夫斯基等著名科学家和大文豪。

对于这一现象的解释，科学家表示，这是因为胎儿在母体中生长发育的过程，需要有平稳的生化与电磁韵律的生存环境，而太阳风暴活动剧烈、耀斑发生频繁的时期，地磁场波动会十分异常，气候也会十分地反常，这就会使人体的生物节律受到干扰，而胎儿的生长发育也就可能受到不良影响。

※ 太阳风暴让皮肤“受伤”

在了解太阳活动对人类先天智力发育的影响后，我们再来看一下太阳风暴对暴露于太阳底下的人类皮肤的“不法侵害”。

虽然我们有“保护装甲”——地球大气层和“保护伞”——地球磁场的呵护。但从致病机理上分析，一些医学界人士认为，太阳风暴给地球带来的更多紫外线辐射，仍将会使人的皮肤受到伤害。尤其在一些本来就日照充足的地区，紫外线辐射增加会杀伤表皮细胞，引起色素沉着，诱发与光敏感有关的皮肤病，使人们患上日光性皮炎，甚至可能加重红斑狼疮患者的病情。因此，专家提醒皮肤病患者在太阳风暴期间，应该采取防晒措施，避免这些看不见的“健康威胁者”。

太阳活动对人类影响有多大

人们常说，太阳是万物之源，万物生长靠太阳。太阳给地球带来了光明和温暖，给人类以生存的条件，创造了人类生活的美好环境。但是，太阳活动特别是大爆发确实会影响和破坏地球环境，特别是近地空间环境。如太阳的强粒子辐射若到达地球，就会破坏宇航环境以及

什么是太阳风 第三篇_太阳风对地球磁场的影响

太阳风对地球磁场的影响

陈宽达 关键词：太阳风，地球磁场，回旋运动，重力漂移。

一、众所周知，地球磁场在太阳风的吹袭下会发生收缩，太阳风对地球磁场的影响作用是以什么方式进行的呢？本文尝试着在电磁学框架内提出这一问题可能的一些解释。 二、

1.太阳风：

太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。太阳风有两种：一种持续不断地辐射出来，速度较小，粒子含量也较少，被称为“持续太阳风”；另一种是在太阳活动时辐射出来，速度较大，粒子含量也较多，这种太阳风被称为“扰动太阳风”。太阳风风主要由质子，电子和氦核等组成，其中质子占正离子部分的99%以上。其平均速率大约为410ms。（以上数据出自百度百科词条“太阳风”）

为了简化起见，假设太阳风是由等数量密度的电子和质子组成，即nenHn0。

估算太阳风粒子的平均自由程，以检查是否可将其近似为自由粒子。平均自由程的计算公式为： n，

其中n为粒子密度，为碰撞截面。对于太阳风，有质子（电子）的平均密度为n510m， 对于质子，其碰撞截面约为510

20

51

63

m2，则：

n

112

m410m。 =620

510510

考虑到太阳与地球之间的距离仅为1011m,太阳风粒子在到达地球的过程中极少发生碰撞，则可以把太阳风的粒子当做自由粒子考虑，忽略粒子间的碰撞。

2.地球磁场：

考虑地球附近宇宙空间的磁场。在这种较大的尺度下，将地球假设为一个小的电流圈。已知地球磁极处磁场为0.8G,地球半径为6400km，由磁偶极子的磁感应强度公式：

m3R(mR)

B 35

4R4R

算得m的大小约为810Am。

为了使计算方便，在下面的计算中，假定磁矩m的方向与赤道方向垂直，且此小电流圈与地心重合。

3.太阳风粒子与地球磁场的相互作用：

3.0.把太阳风的粒子当做自由粒子考虑，忽略粒子间的碰撞，考虑粒子受力：



222





FEqqvBmg，

其中E和B分别为太阳风所处空间中的电场强度和磁感应强度，q为粒子带电量，m为粒子质量，g为粒子所在高度的重力加速度。对较大尺度范围，假设太阳风是由等数量密度的电子和质子组成，即为电中性的，则可认为空间电场力为0。简化上述公式，得：





FqvBmg，

由牛顿第二定律得到粒子的运动方程：

dvm=qvBmg, dt

对于单个粒子明显有重力远小于洛伦兹力，先考虑洛伦兹力本身带来的影响，再叠加上重力进行修正。

dv先解m=qvB。对于垂直磁场方向有：

dt

qB

t)m

qB

vyvt)

mvxv即回旋运动，其中v为垂直与磁场方向的分速度大小。由此得回旋运动的频率为f=

qB

，回旋半径为2m

rc

mv

。对于平行磁场方向有： Bq

v//const,

即粒子在平行磁场方向沿着磁力线做匀速运动。

dv再解m=qvBmg。只考虑垂直磁场方向，令v//const=0 。将垂直磁场方向的速度v分解为

dt

dvgdvcdv

qvcB，代入m0，由于vc满足m=qvBmgvvgvc，其中vc为回旋速度。假设

dtdtdt

得：



qvgBmg=0,

两边B，得：



2(vgB)BBvgmgB=0, 

由于vgB，可得：

mgB

， vg

qB2



vg为常数，假设成立，即得到重力漂移速度：

mgB

， vg

qB2

对于质子，取g=9.8ms，B=10T估计其数量级：

2

8

vg

mHgB11.6610279.811.—=8， ms10ms19

e101.610

可见其远小于粒子本身的速度，即可以把重力漂移运动可看作为回旋运动中心的移动。

3.1.首先考察回旋运动对地球磁场的影响：

由于粒子的回旋运动产生与原磁场方向相反的磁矩，则可以将太阳风作为抗磁介质处理。对太阳的每种粒子，有：

n0

n0MmaiaSan

a1

a1

其中M为太阳风的磁化强度，ma为单个粒子的磁矩，n0为太阳风的质子（电子）密度，ia为单个粒子回





旋运动的等效电流，Sa为回旋运动扫过的面积，n为Sa的法向量，其方向与B的方向相反。由微观电流公

式，可得单个粒子回旋运动的等效电流为：

BeBe2

ifee，

2m2m

回旋运动扫过的面积为： S=rc(

2

mv2

)， Be

n0

n0

其中rc为粒子的回旋半径。将上面两式代入MmaiaSan得：

a1

a1

n0Be2m2va2n01mva2Mnn 22

BeBa12ma12

n0

2

其方向与B的方向相反。其中va即为垂直速度的平均值，又由于磁场方向在一定区域内是恒定的，

a1

则有垂直速度的平均值等于速度平均值的垂直分量，即

v

a1

n0

2a

=

v

a1

n0

2

a

vn0。则原式化简为：

2

n0mv2

B —2M2

B

由于太阳风中有两种粒子独立作用，且将电子与质子看做是等温的，即有mevemHvHmv2，则有：

2

2

222

n0meven0mHvHn0mvM=BB， 22

2BB



由于M与B方向平行，仅研究其大小关系。将太阳风作为抗磁介质处理，引入磁场强度H，由磁场强度

与磁感应强度的关系，得：

nmv

HM=0。

0B

B

整理得到关于B的二次方程：

2

B20HB0n0mv0

B

2

由于B的物理意义，要求B不为虚数，则要求

H2040n0mv0

即：H

2【什么是太阳风,】

4n0mv

22

0

，

5

1

对于赤道上空的区域，有v=v=410ms代入，得：

Hmin

451061.661027(4105)21-1

=0.065Am。 Am6

1.2610

22

810|m|

又根据地球磁场的假设，有磁场厚度d==m4.6107m

43.140.0654Hmin

实际上测得地球磁场的厚度在510m左右（数据出自百度百科词条“地球磁场”），与估算值比较接近。

由公式：

7

0m2m

=， d2

4Hmin164n0mv

得dn0

1

6

且dv



13

，即可以得到结论：

① 当太阳风能量的带电粒子速度越大时，地球磁场越薄。

② 当v不变，太阳风所处的位置相对地球纬度越高时，v的垂直分量减少，地球磁场越厚。 ③ 当太阳风的粒子密度越高时，地球磁场越薄。

3.2.其次考虑重力漂移对地球磁场的影响： 由3.0得到重力漂移速度：

mgB

vg2

qB

为方便起见，只考虑地球赤道上空的太阳风粒子受力情况。由于此处地球重力方向与磁场方向相垂直，则漂移速度公式简化为：

vg

mg1

， Bq

其方向垂直于重力和磁场方向，即粒子的回旋中心在赤道平面围绕地心做半径为r的圆周运动。对于电子有：

vg

meg1

.， Be

对于质子有：

vg

mHgB

.—【什么是太阳风,】

1， e

即电子与质子运动方向相反，产生电流。由于重力漂移电流与质量成正比，而电子质量比质子小得多，忽略电子产生的影响，则可算得环绕地球的电流为： i=

vemg

。 2r2rB

同样算出由此产生的磁化强度为：

r2GM

nHmH—Mg=inHrnHmHg 2rB2rB

2









即可看作是在回旋运动产生的磁矩上叠加上一项。则在赤道上有总的磁化强度为：

n0GMmHn1

M总(mv2)0(EpEk)

B2rB2

由于有EpEK，则重力漂移对磁场的影响可以忽略。

4.总结与讨论：

由上述的计算可以看出：

1.由于太阳风的吹袭，地球磁场是有边界的，而不像在真空中一样扩散到无穷远处。如果要使地球表面处在地球磁场的保护中，即d>R则地球磁矩的最小值为：



|m|min4HminR3=43.140.065(6.4106)3Am2=2.21020Am2。

2.由于地球磁场的束缚作用，太阳风粒子的浓度在地球正面比较高，而地球的背面低得多。而上述计算中推出了太阳风能量的带电粒子速度越大，密度越高时，地球磁场越薄，这便一部分的解释了为什么地球磁场在正对太阳的一面比较薄，而在背对太阳的一面比较厚，并且说明了太阳风强度的增大的确会使地球磁场进一步发生改变。对于地球同步轨道卫星离地心距离约为4.210m，与地球磁场厚度4.610m比值仅为1.1，即太阳风速度增加1.13-1=33%，或太阳风粒子密度增加1.16-1=74%，就会使同步轨道卫星暴露在太阳风粒子的直接吹袭之下。

3.上述计算得出了地球磁场强度的下限Hmin

7

7【什么是太阳风,】



0.065Am，可以推出磁化强度B的最小值Bmin为：

-1

什么是太阳风 第四篇_太阳活动与太阳风

太阳活动与太阳风

太阳内部的日核、辐射区、对流区三大圈层，人们无法直接观测。而能直接观测到的太阳，是太阳的大气层，它从里到外又分为光球、色球和日冕三层。太阳活动主要发生在色球层中，它是太阳表层物质运动和变化的结果。即在太阳大气色球层的某些区域在短时间内有突然增亮的现象，这种现象叫做耀斑，又叫太阳色球爆发。耀斑和黑子都是太阳活动的主要标志，周期都是１１年。

在色球层的外面包围着一层很稀薄的完全电离的气体层，这一层就叫日冕。日冕从色球层的边缘向外延伸到几个太阳半径处，甚至更远。日冕在平常看不到，只有在日全食的瞬间才能观测到，它有精细的结构，有射线与冕流。日冕的内部温度高达１００万度以上，因此那里气体分子已经电离，形成高速运动的带电粒子流，速度达３５０千米／秒以上，到达地球附近每立方厘米的粒子数约５至１０个，这些粒子不断向外飞逸，直到太阳系以外。１９５８年，美国天文学家帕克将太阳辐射出的带电或不带电的粒子流，称为“太阳风”。空间观测表明，太阳风是从日冕中的某个部位发出来的，这个部位叫做“冕洞”。

地球上的风有大、有孝有快、有慢，有时强、有时弱。而从太阳日冕“冕洞”发出的微粒流也是有时快、有时慢、有时强、有时弱。微粒流主要由质子、中子和电子组成。上述每秒达３５０千米以上的太阳风属一般太阳风。另有一种太阳风为快速太阳风，速度在每秒１０００千米以上。此种太阳风的微粒流来自于太阳剧烈活动的耀斑区域。耀斑就是发生在与日冕层相邻的色球层中的，类似于爆炸的现象。一次大耀斑的能量可达到１０２５焦耳的能量级，相当于１００亿个百万吨级氢弹爆炸的威力。耀斑发出大量的紫外线、χ射线、γ射线，同时还喷出大量的高能质子、中子和电子。

太阳风的粒子是带着磁场一起从日冕出发的，奔向四面八方，使太阳磁场扩展于２５～５０个天文单位之间，而冥王星的轨道长半径只约４０个天文单位，可见太阳风占据了整个行星际空间。由于太阳在自转，致使太阳风的运动路线发生弯曲，形成一条条螺线，于是行星际空间就展现了宏伟的扇形磁场结构。

每当正对着地球的太阳面上出现黑子群时，在色球层上就出现耀斑，大耀斑可达１６００００千米长，相当于１２个地球直径。于是耀斑就把大量的带电粒子、χ射线和紫外线等一起抛向地球所在的空间。其中，接近光速的χ射线和紫外线在几分钟之后就到达地球上空，引起电离层暴（磁暴），而大量的带电粒子速度较慢，约每秒１０００千米以上，要在１小时～４０小时之后才闯入地球磁层顶，然后沿着磁力线奔向南北磁极。

由于磁力线都是由磁层赤道面的边缘往磁极区收束。 因此，带电粒子穿过磁极区电离层的空中时，就与高空的大气分子或原子质点相碰撞，使它们激发或电离，便产生千变万化的放电现象，这就是神奇美妙的极光。其范围在靠近地磁极２５°～３０°的极光椭圆区，厚约１０００米。

10年来最大黑子爆发并干扰地球无线通讯

2001年4月2日10:53 新华社

新华网伦敦４月１日专电（记者王艳红）欧洲和美国合作发射的太阳观测卫星拍得的照片显示，太阳表面近日出现了一个庞大的黑子，其面积比地球表面积大１３倍，是近十几年来最大的太阳黑子。

科学家说，黑子所在区域已经出现了４次耀斑以及两股方向朝向地球的强大日冕喷射，其影响将于本周末到达地球，引起极光和磁暴等现象。

据悉，这个太阳黑子位于太阳表面右上方，面积还在继续扩大。黑子所在区域已于３月２９日产生了一次强度为最强级Ｘ的耀斑，以及３次强度仅次于Ｘ的Ｍ耀斑。

耀斑是太阳大气中的爆炸现象，表现为日面突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，释放出相当于上百亿枚百吨级氢弹爆炸的巨大能量。

在这一黑子区还产生了两股方向朝向地球的日冕喷射，抛出数以亿吨计的高热带电气体云，以每秒十几乃至上千公里的速度直扑地球而来。气体云中绝大部分是带正电的质子，还有少量复杂原子核。

这几次耀斑和日冕喷射产生的高速带电粒子风暴于３月３１日至４月１日陆续到达地球，其影响将持续几天。这些带电粒子大部分会被地球磁场推开，但还是有一些会进入大气层，在北半球高纬度地区的夜空中形成美丽的极光，并引

什么是太阳风

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