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太空天气、太阳风干扰和射电暴

科学天文学与空间科学太空天气、太阳风干扰和射电暴

太阳风是太阳大气层外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。 地球的磁场通过偏转太阳风来保护它们免受太阳风的侵袭。 剧烈的太阳事件,例如从太阳日冕中大量喷射带电等离子体,会对太阳风造成干扰。 因此,研究太阳风条件下的干扰(称为空间天气)势在必行。 日冕物质抛射 (CME),也称为“太阳风暴”或“太空风暴”,与太阳射电爆发有关。 在射电天文台中研究太阳射电暴可以了解 CME 和太阳风条件。 第一项统计研究(最近发表)对上一个太阳周期 446(每个周期是指每 24 年太阳磁场的变化)观察到的 11 个记录的 IV 型射电爆发进行了统计研究,发现大部分长持续时间 IV 型射电太阳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风扰动的影响一样,太空天气也受“太阳风”扰动的影响。 但相似之处到此为止。 与地球上的风不同,它由大气气体(如氮气、氧气等)组成,太阳风由过热等离子体组成,其中包括电子、质子、α 粒子(氦离子)和重离子等带电粒子,这些粒子不断从大气中散发出来。包括地球方向在内的各个方向的太阳大气。   

太阳是地球上生命的最终能量来源,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,即源自太阳大气层的带电粒子(即等离子体)的连续流,对地球上的生命构成威胁。 由于地球磁场使大部分电离太阳风偏转远离(远离地球),地球大气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、太空任务和计划、卫星通信、互联网等)——所有这些都可能被扰乱太阳风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。  

像“天气预测”一样,“太空天气”也可以预测吗? 是什么决定了地球附近的太阳风及其条件? 能否提前知道太空天气的任何严重变化,以采取先发制人的行动,以尽量减少对地球的破坏性影响? 而且,为什么会形成太阳风?   

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,日冕是太阳大气的第二层(从外面看)。 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。称为“日冕加热悖论”,日冕加热和太阳风加速的机制和过程非常高速和向星际空间的扩张还没有得到很好的理解, 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.  

偶尔,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)。 被称为日冕物质抛射 (CME),发现来自日冕的等离子体的物质抛射会对太阳风的温度、速度、密度和行星际磁场产生很大的扰动。 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研究日冕等离子体大规模喷射的时间和强度,以及相关的太阳爆发,这是一种持续很长时间(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。  

最近的一项长期统计研究 安舒库马里 等。 的 赫尔辛基大学 关于在太阳活动周期 24 中观察到的射电暴,进一步阐明了长期、更宽频率的射电暴(称为 IV 型暴发)与 CME 的关联。 研究小组发现,大约 81% 的 IV 型爆发之后是日冕物质抛射(CME)。 大约 19% 的 IV 型爆发不伴随 CME。 此外,只有 2.2% 的 CME 伴随着 IV 型射电暴 6.  

以渐进的方式了解 IV 型长持续时间爆发和 CME 的时间将有助于相应地设计和安排正在进行的和未来的空间计划,从而减少这些对此类任务的影响,并最终对生命形式和文明在 地球

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参考文献:    

  1. 白色 SM。,nd。 太阳射电爆发和空间天气。 马里兰大学。 可在线获取 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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