Sunwind
從日冕不斷發(fā)射出的穩(wěn)定的粒子流。日冕具有極高的溫度,作用于日冕氣體上的引力不能平衡壓力差,因此日冕中很難維持流體靜力平衡,日冕不可能處于穩(wěn)定靜止狀態(tài),而是穩(wěn)定地向外膨脹,熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽向外流出,就形成了太陽風。
近年來的觀測表明,存在于日冕中的冕洞同地球附近的太陽風有很好的相關性,而長壽命的冕洞 [M區(qū)] 更是太陽風的風源。
開始人們是從慧尾總是背向太陽這種天象中猜測到太陽風的存在,近年來利用衛(wèi)星觀測近地空間,終于證實了太陽風的存在。
太陽風的理論模型,是按穩(wěn)定態(tài)球對稱的日冕向外擴張的物質流處理的,這種理論模型必然導致無結構的太陽風。但實際上太陽風中很少存在這種狀態(tài),幾乎所有觀測到的參量都有一種無規(guī)則的起伏。起伏的原因可歸諸于空間的不均勻性或隨時間變化的因素,是日面上發(fā)生的天體物理現(xiàn)象在行星際空間的反映。相對寧靜的太陽風只有在太陽活動極小年才會存在。從太陽活動水平不同的年份的觀測結果中可以看出,隨著太陽活動程度的降低,太陽風的流速也降低。當太陽風流速降至每秒320公里時,可近似認為太陽風處于寧靜狀態(tài)。
既然太陽風起源于日冕,人們有理由認為太陽風的化學成分和日冕的化學成分相似。奇怪的是,根據(jù)“水手2號”、“探險者34號”、“維拉3號”的觀測結果,長時期的平均氦豐度約為氫的4.5%左右,低于太陽光球中的氦氫豐度比。這個事實意味著氫在日冕膨脹過程中也許比氦更加容易從太陽中逃逸,也就是說,不同荷質比的離子在日冕膨脹中會分離,導致日冕重粒子的引力沉淀。此外,太陽風中氦氫豐度比變化很大,升降幅度有時可達一個數(shù)量級之多,成因至今還是個謎。觀測表明,高氦量等離子體常常在日地間激波或地磁擾動突然開始后5—12小時內出現(xiàn),這說明它與太陽爆發(fā)有關。
太陽風中的動力學現(xiàn)象包含許多隨時間變化的復雜結構 [高速等離子體流、日地間激波、阿爾文起伏等] ,大致可分為2類:
· 同日面上長壽命的活動區(qū)有關的;
· 同日面上爆發(fā)過程有關的。常以激波的形式出現(xiàn),這種激波是由耀斑區(qū)拋射出的快速等離子體壓縮太陽風而形成的。因為等離子體具有較高的電導率,阻止了快速的相互滲透,所以只要拋射出來的快速等離子體與太陽風的相對速度超過聲速,就會形成這種激波波陣面。在地球附近,這種激波的平均傳播速度約每秒500公里;日地間激波平均傳輸?shù)臅r間約55小時,由此算出平均傳播速度每秒為760公里,較地球軌道附近實測激波速度略大,因此傳輸過程中可能有某些微小的減速。
太陽風的大尺度性質可用流體模型來描述,其初級理論是美國天體物理學家帕克完成的。近年來的理論發(fā)展主要集中在研究2種模型上:
· 單流體模型 假設能量方程中電子溫度和質子溫度相同,并且認為在日冕底層區(qū)域之外的能源來自熱傳導。
· 雙流體模型 假設電子溫度和質子溫度不同,需要分別建立電子氣體和質子氣體的能量方程,并且通過電子和質子間的庫侖碰撞交換項將2個能量方程耦合起來。
目前尚難判斷哪種模型更好。單流體模型所預言的溫度值與觀測值較為吻合,但未能導出電子和質子的溫度差異;雙流體模型導出電子溫度大于質子溫度,這個推斷與觀測結果一致,但是與實際觀測值比較起來,電子溫度的理論值偏高,質子溫度的理論值過于偏低。不論是單流體模型還是雙流體模型,只靠來自熱傳導和對流的能量傳輸是不夠的,也許還有另外的能量傳輸形式,如激波、磁流體力學波、磁湍流等。同樣,太陽附近對日冕增溫有影響的機制,可能在日冕外區(qū)域仍起作用。
從日冕不斷發(fā)射出的穩(wěn)定的粒子流。日冕具有極高的溫度,作用于日冕氣體上的引力不能平衡壓力差,因此日冕中很難維持流體靜力平衡,日冕不可能處于穩(wěn)定靜止狀態(tài),而是穩(wěn)定地向外膨脹,熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽向外流出,就形成了太陽風。
近年來的觀測表明,存在于日冕中的冕洞同地球附近的太陽風有很好的相關性,而長壽命的冕洞 [M區(qū)] 更是太陽風的風源。
開始人們是從慧尾總是背向太陽這種天象中猜測到太陽風的存在,近年來利用衛(wèi)星觀測近地空間,終于證實了太陽風的存在。
太陽風的理論模型,是按穩(wěn)定態(tài)球對稱的日冕向外擴張的物質流處理的,這種理論模型必然導致無結構的太陽風。但實際上太陽風中很少存在這種狀態(tài),幾乎所有觀測到的參量都有一種無規(guī)則的起伏。起伏的原因可歸諸于空間的不均勻性或隨時間變化的因素,是日面上發(fā)生的天體物理現(xiàn)象在行星際空間的反映。相對寧靜的太陽風只有在太陽活動極小年才會存在。從太陽活動水平不同的年份的觀測結果中可以看出,隨著太陽活動程度的降低,太陽風的流速也降低。當太陽風流速降至每秒320公里時,可近似認為太陽風處于寧靜狀態(tài)。
既然太陽風起源于日冕,人們有理由認為太陽風的化學成分和日冕的化學成分相似。奇怪的是,根據(jù)“水手2號”、“探險者34號”、“維拉3號”的觀測結果,長時期的平均氦豐度約為氫的4.5%左右,低于太陽光球中的氦氫豐度比。這個事實意味著氫在日冕膨脹過程中也許比氦更加容易從太陽中逃逸,也就是說,不同荷質比的離子在日冕膨脹中會分離,導致日冕重粒子的引力沉淀。此外,太陽風中氦氫豐度比變化很大,升降幅度有時可達一個數(shù)量級之多,成因至今還是個謎。觀測表明,高氦量等離子體常常在日地間激波或地磁擾動突然開始后5—12小時內出現(xiàn),這說明它與太陽爆發(fā)有關。
太陽風中的動力學現(xiàn)象包含許多隨時間變化的復雜結構 [高速等離子體流、日地間激波、阿爾文起伏等] ,大致可分為2類:
· 同日面上長壽命的活動區(qū)有關的;
· 同日面上爆發(fā)過程有關的。常以激波的形式出現(xiàn),這種激波是由耀斑區(qū)拋射出的快速等離子體壓縮太陽風而形成的。因為等離子體具有較高的電導率,阻止了快速的相互滲透,所以只要拋射出來的快速等離子體與太陽風的相對速度超過聲速,就會形成這種激波波陣面。在地球附近,這種激波的平均傳播速度約每秒500公里;日地間激波平均傳輸?shù)臅r間約55小時,由此算出平均傳播速度每秒為760公里,較地球軌道附近實測激波速度略大,因此傳輸過程中可能有某些微小的減速。
太陽風的大尺度性質可用流體模型來描述,其初級理論是美國天體物理學家帕克完成的。近年來的理論發(fā)展主要集中在研究2種模型上:
· 單流體模型 假設能量方程中電子溫度和質子溫度相同,并且認為在日冕底層區(qū)域之外的能源來自熱傳導。
· 雙流體模型 假設電子溫度和質子溫度不同,需要分別建立電子氣體和質子氣體的能量方程,并且通過電子和質子間的庫侖碰撞交換項將2個能量方程耦合起來。
目前尚難判斷哪種模型更好。單流體模型所預言的溫度值與觀測值較為吻合,但未能導出電子和質子的溫度差異;雙流體模型導出電子溫度大于質子溫度,這個推斷與觀測結果一致,但是與實際觀測值比較起來,電子溫度的理論值偏高,質子溫度的理論值過于偏低。不論是單流體模型還是雙流體模型,只靠來自熱傳導和對流的能量傳輸是不夠的,也許還有另外的能量傳輸形式,如激波、磁流體力學波、磁湍流等。同樣,太陽附近對日冕增溫有影響的機制,可能在日冕外區(qū)域仍起作用。