太陽-地球-電離層和幾個參數(shù)

1、太陽-地球-電離層和幾個參數(shù)太陽、地球、電離層和幾個參數(shù)作者：k9la,翻譯：bh4src太陽在核聚變的過程中，產(chǎn)生電磁輻射并噴射出太陽物質(zhì)。其中，100-1000埃波長（紫外線）的電磁輻射電離地球電離層的f層；10-100埃波長（軟x光）的電磁輻射電離e層；1-10埃波長（硬x光）的電磁輻射電離d層。太陽定期噴射太陽物質(zhì)，太陽物質(zhì)中含有由電子和質(zhì)子組成的帶電粒子。太陽物質(zhì)還構(gòu)成了太陽風(fēng)，處于穩(wěn)定期的太陽，其刮向地球的太陽風(fēng)平均速度可以達(dá)到400公里每秒。 太陽風(fēng)會對地球磁場產(chǎn)生顯著影響。在太陽風(fēng)的影響下，地球磁場并不是簡單的磁棒磁場。實際情況是面向太陽一面的地球磁場受到太陽風(fēng)的壓縮；而背對太

2、陽風(fēng)一面的地球磁場則受到拉伸，生成磁尾；磁尾長度可以達(dá)到10多倍地球半徑。電磁輻射對處于白天中的整個電離層構(gòu)成影響；由太陽噴射的構(gòu)成太陽物質(zhì)的帶電粒子，則沿著地球磁力線進(jìn)入電離層。帶電粒子只對磁力線進(jìn)入地球時所處的高緯度地區(qū)的電離層構(gòu)成影響。 圖一，太陽對地球磁場的影響此外，太陽的電磁輻射會電離大氣中的原子，使原子中的電子逃逸并沿著地球磁力線以電子的旋轉(zhuǎn)頻率做螺旋運動。因此地球磁場在無線電傳播中起著非常重要的作用。 地球磁場強(qiáng)度的大小，可以通過使用磁力計測定。通過磁力計的讀數(shù)，有兩種方法表示地球磁場的強(qiáng)度，即每日a指數(shù)和3小時k指數(shù)。a指數(shù)是8個3小時k指數(shù)的平均值。通過線性表述，a指數(shù)值的大

3、小從0400不等，對應(yīng)地球磁場活動從平靜到嚴(yán)重地球磁暴。k指數(shù)用準(zhǔn)對數(shù)表表述，從09，對應(yīng)地球磁場活動從平靜到嚴(yán)重地球磁暴。從本質(zhì)上說，k指數(shù)就是a指數(shù)的壓縮版。通常來說，a指數(shù)在15以下或者k指數(shù)在3以下，有利于電波傳播。 太陽黑子指的是有紫外線輻射的太陽表面區(qū)域，它和地球電離層的f層電離程度有關(guān)系。每天的太陽黑子數(shù)目，如果按月統(tǒng)計的話，變化非常大。即使統(tǒng)計每月的太陽黑子平均值，其數(shù)值仍然變化很大。因此我們需要一個更大時間跨度，或者更平滑的太陽黑子平均值，用以測量太陽周期。這就是ssn，smoothed sunspot number。ssn的計算，通過把測量的時間點的前6個月和后6個月，共1

4、3個月太陽黑子數(shù)做平均。由于ssn是一段時間跨度的平滑平均值，因此官方的本月ssn值都會在6個月后發(fā)布。使用ssn數(shù)值統(tǒng)計的缺陷是可能會掩蓋那些短期內(nèi)會加強(qiáng)傳播的異常太陽活動。 圖二，太陽黑子太陽黑子活動的周期大約為11年。每個周期內(nèi)，黑子活動的加強(qiáng)期通常比衰減期要短，即加強(qiáng)期為4-5年，衰減期為6-7年。處于或接近太陽活動高峰期時，不斷增加的太陽黑子數(shù)，帶來更多的影響地球大氣層的紫外線輻射。更多的紫外線輻射使得f層電離程度加劇，進(jìn)而導(dǎo)致f層可以折射更高頻率返回地球進(jìn)行dx通聯(lián)，這些頻率包括15米，12米，10米以及6米。處于或接近太陽活動低谷期時，太陽黑子數(shù)量很少以至于高波段頻率直接穿越電離

5、層。和太陽低谷期對應(yīng)的是更穩(wěn)定的電離層和更少的電離層吸收，此時最適合低波段傳播，包括160米和80米。因此，概括來說，ssn值高的話，適合高波段傳播；而ssn值較低的話，則適合低波段傳播。 圖三，第24個周期太陽黑子預(yù)測圖四，太陽黑子值的歷史紀(jì)錄經(jīng)常給傳播帶來干擾的是太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射（cme）。影響傳播的太陽耀斑被稱作x射線耀斑，這是因為它們的波長在1-8埃的范圍內(nèi)。x射線耀斑分為3個級別：c，最?。籱，中等；x，最大。c級別的耀斑通常對傳播沒什么影響，而m和x級別的耀斑則對傳播有個持續(xù)的不利影響。 圖五，太陽耀斑一個1-8埃波長范圍的x級耀斑，其電磁輻射會導(dǎo)致地球日照面的傳播消失，原因

6、是其增加了電離層的d層吸收。此外x級耀斑會釋放高能質(zhì)子，這些高能質(zhì)子在地球磁場的作用下被引致極地冰蓋上方。這就導(dǎo)致了兩極地區(qū)冰蓋吸收現(xiàn)象，實質(zhì)是極地兩端上空的d層吸收加劇。 日冕物質(zhì)拋射是太陽物質(zhì)的大規(guī)模噴發(fā)，它會導(dǎo)致太陽風(fēng)速度的迅速升高，此時太陽風(fēng)像沖擊波一樣撞向地球。當(dāng)這個沖擊波襲擊地球時，如果此時的太陽磁場極性是向南的話，太陽磁場耦合入地球磁場，從而導(dǎo)致地球磁場的劇烈動蕩。從而導(dǎo)致我們看到的a指數(shù)和k指數(shù)增加。 圖六，日冕物質(zhì)拋射這種地球磁場的變化，除了會帶來極光活動，還會導(dǎo)致繞著地球磁力線做螺旋運動的電子脫離磁力線，進(jìn)入地球磁尾。隨著電子的流失，最大可用頻率(muf)降低。直到地球磁場恢復(fù)正常，電離活動補(bǔ)償流失的電子后，最大可用頻率才會恢復(fù)。多數(shù)情況下，增加的a指數(shù)和k指數(shù)，會帶來muf的降低。a和k指數(shù)增加時，muf偶爾會在低緯度地區(qū)增加（導(dǎo)致這一現(xiàn)象的實質(zhì)比較復(fù)雜）。 太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射是相關(guān)聯(lián)的，它們可能會一起出現(xiàn)，也可能會單獨出現(xiàn)，科學(xué)家還在研究他們之間的關(guān)系。但是可以確定的是，大型耀斑發(fā)出的以光速傳播的電磁輻射，會導(dǎo)致地球向陽面的無線電通訊在耀斑爆發(fā)后10分鐘內(nèi)短期中斷。不幸的是在通訊中斷時，我們同時在用無線電進(jìn)行視覺測量耀斑。由于耀斑的可見光和1