问题研究 火星基地应该是什么样子教师教学用书(5)
【太阳黑子】
太阳黑子是最常见和最容易观测的一种太阳活动现象。在普通望远镜的焦平面上放置照相底片拍摄太阳,或用附加强减光滤光片的望远镜对太阳目视观测,就能看到太阳表面经常出现的暗黑斑块,这就是太阳黑子。当太阳在地平线附近,或遇到薄雾天气时,日面上若有特大的黑子,往往用肉眼就能看到。
太阳黑子倾向于成群出现,因此日面上经常形成一些黑子群。每群黑子数量从一两个至几十个,单个黑子大小则从几百至几万千米。黑子都有很强的磁场。黑子本质上是太阳表面的强磁场区,黑子越大,磁场越强。太阳等离子体难以横越磁力线运动,造成黑子区对流不畅,太阳深层的热量难以充分输送到太阳表面,导致该局部区域温度下降,变得稍暗。因此,黑子的强磁场是造成黑子暗黑的原因。
太阳黑子多时,其他太阳活动也比较频繁。黑子附近的光球中总会出现光斑；黑子上空的色球中总会出现谱斑,其附近经常有日珥；黑子上空的日冕中则常出现凝块等不均匀结构。同时,太阳耀斑绝大多数也发生在黑子上空的大气中。所以太阳大气从低层至高层,以黑子为核心形成了一个活动中心,称为太阳活动区。黑子既是活动区的核心,也是活动区最明显的标志。这样就可用表示黑子群和黑子多寡的所谓“黑子相对数”,代表某日或某一时期的太阳活动平均水平。
【日冕物质抛射】
从20世纪70年代开始,通过放置在空间飞行器上的日冕仪观测发现,太阳最外层大气日冕层中存在相当频繁的瞬变现象,主要是日冕物质抛射(CME)。日冕物质抛射表现为几分钟至几小时内从太阳向外抛射一团日冕物质(速度一般从每秒几十千米直至超过每秒1000千米的等离子体),使很大范围的日冕层受到扰动,从而剧烈改变了日冕的形态和磁场。日冕物质抛射是日冕大尺度磁场平衡遭到破坏的产物。日冕物质抛射与其他太阳活动现象如耀斑、日珥等之间存在不同程度的相关性。过去把观测到的源于太阳的各种日地空间和地球物理现象,如行星际激波、高能粒子事件、磁暴、极光和电离层骚扰等,几乎全部归因于耀斑。但经过近20年对日冕物质抛射及其相关现象的研究表明,日冕物质抛射所造成的日地空间效应和地球物理效应并不亚于太阳耀斑。
【地球辐射带】
地球辐射带是地球内部存在的天然磁性现象。地球可视为一个磁偶极,其中一极位在地理北极附近,另一极位在地理南极附近。地磁场虽然很弱,但却延伸到很大的空间。地球磁场对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用,它犹如一个幔帐,保护着地球上的生物,使之免受宇宙辐射的侵害。因此,地磁场是地球环境的主要因素之一。
高能带电粒子长时间被地磁场捕获的区域叫地球辐射带,又称范艾伦辐射带。辐射带内的带电粒子是太阳风、宇宙线与地球高层大气相互作用而产生的高能粒子。它们在地磁场的作用下,沿磁力线作螺旋运动并不断辐射电磁波。带电粒子在地球高空磁场中绕磁场旋转和沿磁力线运动,在南、北较高纬度处被反射,回到赤道区。辐射带的范围和形状受地磁场的制约,也和太阳活动有关,在朝太阳的方向被太阳风压缩。辐射带中的带电粒子数也同地磁场和太阳活动的变化有关。
高能粒子在地磁场中运动会产生电流,进而影响地磁场；它们和等离子体波交换能量,引起波的放大、衰减、折射和反射。特别是高能粒子同航天器作用会产生电离、原子位移、化学反应、核反应和轫致辐射,损坏航天器上的太阳电池、集成电路和传感器,并对航天员造成辐射损伤。高能粒子(尤其是重离子)通过二进制触发器时很容易使电路翻转,导致逻辑系统紊乱,这是引起卫星故障的一个重要原因。磁暴期间同步卫星高度附近辐射带高能粒子通量突增,可引起卫星内部深层充电,导致卫星失效,造成重大损失,是空间活动的严重威胁。
太阳黑子是最常见和最容易观测的一种太阳活动现象。在普通望远镜的焦平面上放置照相底片拍摄太阳,或用附加强减光滤光片的望远镜对太阳目视观测,就能看到太阳表面经常出现的暗黑斑块,这就是太阳黑子。当太阳在地平线附近,或遇到薄雾天气时,日面上若有特大的黑子,往往用肉眼就能看到。
太阳黑子倾向于成群出现,因此日面上经常形成一些黑子群。每群黑子数量从一两个至几十个,单个黑子大小则从几百至几万千米。黑子都有很强的磁场。黑子本质上是太阳表面的强磁场区,黑子越大,磁场越强。太阳等离子体难以横越磁力线运动,造成黑子区对流不畅,太阳深层的热量难以充分输送到太阳表面,导致该局部区域温度下降,变得稍暗。因此,黑子的强磁场是造成黑子暗黑的原因。
太阳黑子多时,其他太阳活动也比较频繁。黑子附近的光球中总会出现光斑；黑子上空的色球中总会出现谱斑,其附近经常有日珥；黑子上空的日冕中则常出现凝块等不均匀结构。同时,太阳耀斑绝大多数也发生在黑子上空的大气中。所以太阳大气从低层至高层,以黑子为核心形成了一个活动中心,称为太阳活动区。黑子既是活动区的核心,也是活动区最明显的标志。这样就可用表示黑子群和黑子多寡的所谓“黑子相对数”,代表某日或某一时期的太阳活动平均水平。
【日冕物质抛射】
从20世纪70年代开始,通过放置在空间飞行器上的日冕仪观测发现,太阳最外层大气日冕层中存在相当频繁的瞬变现象,主要是日冕物质抛射(CME)。日冕物质抛射表现为几分钟至几小时内从太阳向外抛射一团日冕物质(速度一般从每秒几十千米直至超过每秒1000千米的等离子体),使很大范围的日冕层受到扰动,从而剧烈改变了日冕的形态和磁场。日冕物质抛射是日冕大尺度磁场平衡遭到破坏的产物。日冕物质抛射与其他太阳活动现象如耀斑、日珥等之间存在不同程度的相关性。过去把观测到的源于太阳的各种日地空间和地球物理现象,如行星际激波、高能粒子事件、磁暴、极光和电离层骚扰等,几乎全部归因于耀斑。但经过近20年对日冕物质抛射及其相关现象的研究表明,日冕物质抛射所造成的日地空间效应和地球物理效应并不亚于太阳耀斑。
【地球辐射带】
地球辐射带是地球内部存在的天然磁性现象。地球可视为一个磁偶极,其中一极位在地理北极附近,另一极位在地理南极附近。地磁场虽然很弱,但却延伸到很大的空间。地球磁场对地球而言有屏障太阳风所挟带的带电粒子的作用,它犹如一个幔帐,保护着地球上的生物,使之免受宇宙辐射的侵害。因此,地磁场是地球环境的主要因素之一。
高能带电粒子长时间被地磁场捕获的区域叫地球辐射带,又称范艾伦辐射带。辐射带内的带电粒子是太阳风、宇宙线与地球高层大气相互作用而产生的高能粒子。它们在地磁场的作用下,沿磁力线作螺旋运动并不断辐射电磁波。带电粒子在地球高空磁场中绕磁场旋转和沿磁力线运动,在南、北较高纬度处被反射,回到赤道区。辐射带的范围和形状受地磁场的制约,也和太阳活动有关,在朝太阳的方向被太阳风压缩。辐射带中的带电粒子数也同地磁场和太阳活动的变化有关。
高能粒子在地磁场中运动会产生电流,进而影响地磁场；它们和等离子体波交换能量,引起波的放大、衰减、折射和反射。特别是高能粒子同航天器作用会产生电离、原子位移、化学反应、核反应和轫致辐射,损坏航天器上的太阳电池、集成电路和传感器,并对航天员造成辐射损伤。高能粒子(尤其是重离子)通过二进制触发器时很容易使电路翻转,导致逻辑系统紊乱,这是引起卫星故障的一个重要原因。磁暴期间同步卫星高度附近辐射带高能粒子通量突增,可引起卫星内部深层充电,导致卫星失效,造成重大损失,是空间活动的严重威胁。
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