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太空天气、太阳风干扰和射电暴

太阳能 风是从太阳外层大气层日冕发出的带电粒子流,对现代人类社会的生命形式和电气技术构成威胁。地球磁场可防止传入的磁场 太阳的 通过将它们偏转来驱散风。激烈的 太阳的 太阳日冕中带电等离子体的大量喷射等事件会对太阳产生扰动 太阳的 风。因此,研究干扰条件 太阳的 风(称为 太空 天气)是必须的。日冕物质抛射(CME),也称为“太阳的 暴风雨'或'空间 风暴”与 太阳的 无线电电路 爆发。研究 太阳的 射电天文台中的射电爆发可以让我们了解日冕物质抛射和太阳风状况。第一个统计研究(最近发表)对上一个太阳周期 446 中观测到的 24 个记录的 IV 型射电暴(每个周期指的是太阳磁场每 11 年的变化),发现大多数长持续时间 IV 型射电暴 太阳能 爆发伴随着日冕物质抛射(CME)和太阳风条件的干扰。 

就像地球上的天气受到风的干扰的影响一样, 空间 “天气”受到“太阳风”干扰的影响。但相似之处到此为止。与地球上的风不同,地球上的风由氮气、氧气等大气气体组成,而太阳风由过热等离子体组成,等离子体由带电粒子组成,如电子、质子、α粒子(氦离子)和重离子,这些粒子不断从太阳辐射出。太阳大气层在各个方向,包括地球方向。   

太阳是地球上生命的终极能量来源,因此在许多文化中被视为生命的赐予者。但也有另一面。太阳风是源自太阳大气层的连续带电粒子流(即等离子体),对地球上的生命构成威胁。由于地球磁场将大部分电离太阳风偏转(远离地球),而地球大气层吸收了大部分剩余辐射,从而提供了免受电离辐射的保护。但还有更多——除了对生物生命形式的威胁之外,太阳风还对电力和技术驱动的现代社会构成威胁。电子和计算机系统、电网、石油和天然气管道、电信、无线电通信(包括移动电话网络、GPS、 空间 任务和计划、卫星通信、互联网等——所有这些都可能因太阳风的干扰而中断或陷入停滞1. 宇航员和航天器尤其处于危险之中。 过去有几个这样的例子,例如,1989 年 XNUMX 月 '魁北克停电'在加拿大因大规模太阳耀斑造成的电网严重损坏。 一些卫星也受到了损坏。 因此,必须密切关注地球附近太阳风的状况——它的速度和密度等特性如何, 磁场 强度和方向,以及高能粒子水平(即 空间 天气)将对生命形式和现代人类社会产生影响。  

就像“天气预报”一样,可以“空间 天气也能预测吗?是什么决定了太阳风及其在地球附近的条件?是否会发生任何重大变化 空间 提前了解天气情况,采取先发制人的行动,尽量减少对地球的破坏性影响?而且,太阳风到底为何形成?   

太阳是一团带电的热气体,因此它没有确定的表面。 光球层被视为太阳的表面,因为这是我们可以用光观察到的。 光球层下方向内朝向核心的层对我们来说是不透明的。 太阳大气由太阳光球表面上方的层组成。 它是围绕太阳的透明气晕。 在日全食期间从地球上可以更好地看到,太阳大气有四层:色球层、太阳过渡区、日冕和日光层。  

太阳风是在日冕中形成的,日冕是太阳大气层的第二层(从外部看)。电晕是一层非常热的等离子体。太阳表面的温度约为6000K,而日冕的平均温度约为1-2万K。日冕加热和太阳风加速到非常高的速度的机制和过程被称为“日冕加热悖论”。高速并扩展至 星际 空间 还没有很好理解, 尽管在最近的一篇论文中,研究人员试图通过轴子(假设的暗物质基本粒子)起源光子来解决这个问题 3.  

有时,大量的热等离子体从日冕喷射到太阳大气的最外层(日光层)。日冕物质抛射被称为日冕物质抛射(CME),被发现会对太阳风的温度、速度、密度和能量产生巨大的扰动。 星际 磁场。这些在地球的地磁场中产生强烈的磁暴 4. 电晕的等离子体喷发涉及电子的加速,带电粒子的加速会产生无线电波。 因此,日冕物质抛射 (CME) 也与来自太阳的无线电信号爆发有关 5。 因此, 空间 天气研究将涉及日冕大量等离子体喷射的时间和强度以及相关太阳爆发的研究,太阳爆发是持续较长时间(超过 10 分钟)的 IV 型射电爆发。    

过去曾研究过与日冕物质抛射 (CME) 相关的早期太阳活动周期(太阳磁场每 11 年的周期性周期)中无线电爆发的发生。  

Anshu Kumari 等人最近进行的一项长期统计研究。赫尔辛基大学关于在太阳周期 24 中观测到的射电暴的研究,进一步揭示了持续时间较长、频率较宽的射电暴(称为 IV 型爆发)与日冕物质抛射之间的关联。研究小组发现,大约 81% 的 IV 型爆发之后会发生日冕物质抛射 (CME)。大约 19% 的 IV 型爆发不伴随 CME。此外,只有2.2%的日冕物质抛射伴随着IV型射电暴 6.  

以增量方式了解 IV 型长持续时间爆发和日冕物质抛射的时间安排将有助于当前和未来的设计和时间安排 空间 相应的计划,以减少这些任务对此类任务的影响,并最终减少对地球上生命形式和文明的影响。 

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参考文献:    

  1. 白色 SM.,nd。太阳射电爆发和 太空 天气。马里兰大学。在线提供: https://www.nrao.edu/astrores/gbsrbs/Pubs/AJP_07.pdf 于 29 Jamaury 2021 访问。 
  1. Aschwanden MJ 等人,2007 年。日冕加热悖论。 天体物理学杂志,第 659 卷,第 2 期。DOI: https://doi.org/10.1086/513070  
  1. Rusov VD、Sharph IV 等人 2021。通过轴子起源光子解决日冕加热问题。 黑暗宇宙物理学第 31 卷,2021 年 100746 月,XNUMX。DOI: https://doi.org/10.1016/j.dark.2020.100746  
  1. Verma PL., et al 2014. 与地磁风暴相关的太阳风等离子体参数中的日冕物质抛射和扰动。 物理学杂志:会议系列 511 (2014) 012060。DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/511/1/012060   
  1. Gopalswamy N.,2011 年。日冕物质抛射和太阳射电发射。 美国国家航空航天局 CDAW 数据中心。 可在线获取 https://cdaw.gsfc.nasa.gov/publications/gopal/gopal2011PlaneRadioEmi_book.pdf 29 年 2021 月 XNUMX 日访问。  
  1. Kumari A.、Morosan DE. 和 Kilpua EKJ.,2021 年。关于太阳周期 24 中 IV 型太阳射电暴的发生及其与日冕物质抛射的关联。 11 年 2021 月 906 日出版。《天体物理学杂志》,第 2 卷,第 XNUMX 期。DOI: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abc878  

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乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
科学记者| 《科学欧洲》杂志创始人编辑

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