太陽活動和磁流體模型

太陽活動和磁流體模型太陽神傳說希臘太陽神話

太陽神阿波羅是天神宙斯和女神勒托(Leto)所生之子。神后赫拉(Hera)由于妒忌宙斯和勒托的相愛，殘酷地迫害勒托，致使她四處流浪。后來總算有一個浮島德羅斯收留了勒托，她在島上艱難地生下了日神和月神。于是赫拉就派巨蟒皮托前去殺害勒托母子，但沒有成功。后來，勒托母子交了好運，赫拉不再與他們?yōu)閿?，他們又回到眾神行列之中。阿波羅為替母報仇，就用他那百發(fā)百中的神箭射死了給人類帶來無限災難的巨蟒皮托，為民除了害。

北歐太陽神弗蕾豐僥、興旺、愛情、和平之神,美麗的仙國阿爾弗海姆的國王。一說他與巴爾德爾同為光明之神,或稱太陽神。他屬下的小精靈在全世界施言行善。他常騎一只長著金黃色鬃毛的野豬出外巡視。人人都享受著他恩賜的和平與幸福。他有一把寶劍,光芒四射,能騰云駕霧。他還有一只袖珍魔船,必要時可運載所有的神和他們的武器。

中國太陽神傳說在遙遠的東南海外，有一個羲和國，國中有一個異常美麗的女子叫羲和，她每天都在甘淵中洗太陽。太陽在經(jīng)過夜晚之后就會被污染，經(jīng)過羲和的洗滌，那被污染了的太陽，在第二天升起的時候仍會皎潔如初。這個羲和，實際上是傳說中的上古帝王帝俊的妻子，她生了十個太陽，并且讓這十個太陽輪流在空中執(zhí)勤，把光明與溫暖送到人間。這十個太陽的出發(fā)地十分荒涼偏僻，那地方有座山，山上有棵扶桑樹，樹高三百里，但它的葉子卻像芥子一般大小。樹下有個深谷叫湯谷，這是太陽洗浴的地方。它們洗浴完了，就藏在樹枝上擦摩身子。每天由最上邊的那一個騎著鳥兒巡游天空，其他的便依次上登，準備出發(fā)……

一、太陽的基本結(jié)構(gòu)1、參數(shù)和結(jié)構(gòu)概況體積：地球體積的1302500倍

自轉(zhuǎn)周期：25～30天

距最近的恒星間的距離：4.3光年

宇宙年：225百萬年

直徑：1392000公里（地球直徑的109倍）

半徑：696000千米.

質(zhì)量：1.989×10^30千克

溫度：大約5770℃(表面)1560萬℃(核心)

總輻射功率：3.83×10^26焦耳/秒

平均密度：1.409克/立方厘米

日地平均距離：1億5千萬千米

年齡：約50億歲

太陽從中心向外可分為核反應區(qū)、輻射區(qū)和對流區(qū)、太陽大氣。太陽的大氣層，像地球的大氣層一樣，可按不同的高度和不同的性質(zhì)分成各個圈層，即從內(nèi)向外分為光球、色球和日冕三層。我們平常看到的太陽表面，是太陽大氣的最底層，溫度約是6000℃。它是不透明的，因此我們不能直接看見太陽內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。

2、太陽核心太陽的核心區(qū)域雖然很小，半徑只是太陽半徑的1/4，但卻是太陽那巨大能量的真正源頭。太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度，壓力相當于2500億個大氣壓。核心區(qū)的氣體被極度壓縮至水密度的150倍。在這里發(fā)生著核聚變，每秒鐘有七億噸的氫被轉(zhuǎn)化成氦。在這過程中，約有五百萬噸的凈能量被釋放（大概相當于38600億億兆焦耳，386后面26個0）。聚變產(chǎn)生的能量通過對流和輻射過程向外傳送。核心產(chǎn)生的能量需要通過幾百萬年才能到達表面。

3、輻射區(qū)和對流層日核外面的一層稱為輻射區(qū)，這一層的氣體也處在高溫高壓狀態(tài)下(但低于核心區(qū))，粒子間的頻繁碰撞,使得在核心區(qū)產(chǎn)生的能量經(jīng)過很久(幾百萬年)才能穿過這一層到達對流區(qū)。

日核產(chǎn)生的能量通過這一區(qū)域，以輻射的形式向外傳出。它的范圍從0.25個太陽半徑到0.86個太陽半徑。這里的溫度比太陽核心低的多，大約為70萬k輻射區(qū)外為對流層，太陽大氣在這一層呈現(xiàn)劇烈的上下對流狀態(tài)，它的厚度大約為10萬千米。能量在對流區(qū)的傳遞要比輻射區(qū)快的多.這一層中的大量氣體以對流的方式向外輸送能量.(有點像燒開水,被加熱的部分向上升，冷卻了的部分向下降.)對流產(chǎn)生的氣泡一樣的結(jié)構(gòu)就是我們在太陽大氣的光球?qū)又锌吹降?米粒組織"。

4、太陽大氣（1）太陽光球太陽光球就是我們平常所看到的太陽圓面，通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球的表面是氣態(tài)的，其平均密度只有水的幾億分之一，但由于它的厚度達500千米，所以光球是不透明的。光球?qū)拥拇髿庵写嬖谥ち业幕顒樱猛h鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點狀結(jié)構(gòu)，很象一顆顆米粒，稱之為米粒組織。它們極不穩(wěn)定，一般持續(xù)時間僅為5～10分鐘，其溫度要比光球的平均溫度高出300～400℃。目前認為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對流造成的現(xiàn)象。

（2）色球?qū)泳o貼光球以上的一層大氣稱為色球?qū)樱綍r不易被觀測到，過去這一區(qū)域只是在日全食時才能被看到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間，人們能發(fā)現(xiàn)日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩，那就是色球。色球?qū)雍窦s8000千米,它的化學組成與光球基本上相同，但色球?qū)觾?nèi)的物質(zhì)密度和壓力要比光球低得多。日常生活中，離熱源越遠處溫度越低，而太陽大氣的情況卻截然相反，光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃，到了色球頂部溫度竟高達幾萬度，再往上，到了日冕區(qū)溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現(xiàn)象感到疑惑不解，至今也沒有找到確切的原因。

色球?qū)樱?）日冕在日全食時的短暫瞬間，常?？梢钥吹教栔車私k麗的色球外，還有一大片白里透藍，柔和美麗的暈光，這就是太陽大氣的最外層──日冕。日冕的范圍在色球之上，一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕里的物質(zhì)更加稀薄，它還會有向外膨脹運動，并使得熱電離氣體粒子連續(xù)地從太陽向外流出而形成太陽風。

日冕二、太陽輻射太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。地球所接受到的太陽輻射能量僅為太陽向宇宙空間放射的總輻射能量的二十二億分之一，但卻是地球大氣運動的主要能量源泉。

天文太陽輻射量：到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。

太陽常數(shù)：在地球位于日地平均距離處時，地球大氣上界垂直于太陽光線的單位面積在單位時間內(nèi)所受到的太陽輻射的全譜總能量，稱為太陽常數(shù)。太陽常數(shù)的常用單位為瓦/米2。因觀測方法和技術不同，得到的太陽常數(shù)值不同。世界氣象組織(WMO)1981年公布的太陽常數(shù)值是1368瓦/米2。1、長波輻射和短波輻射地球大氣上界的太陽輻射光譜的99％以上在波長0.15～4.0微米之間。大約50％的太陽輻射能量在可見光譜區(qū)（波長0.4～0.76微米），7％在紫外光譜區(qū)（波長<0.4微米）,43％在紅外光譜區(qū)（波長>0.76微米），最大能量在波長0.475微米處。由于太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長（約3～120微米）小得多，所以通常又稱太陽輻射為短波輻射，稱地面和大氣輻射為

長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。

太陽輻射通過大氣，一部分到達地面，稱為直接太陽輻射；另一部分為大氣的分子、大氣中的微塵、水汽等吸收、散射和反射。被散射的太陽輻射一部分返回宇宙空間，另一部分到達地面，到達地面的這部分稱為散射太陽輻射。到達地面的散射太陽輻射和直接太陽輻射之和稱為總輻射。太陽輻射通過大氣后，其強度和光譜能量分布都發(fā)生變化。到達地面的太陽輻射能量比大氣上界小得多，在太陽光譜上能量分布在紫外光譜區(qū)幾乎絕跡，在可見光譜區(qū)減少至40％，而在紅外光譜區(qū)增至60％。

2、地球受到太陽輻射的變化

除太陽本身的變化外，天文輻射能量主要決定于日地距離、太陽高度角和晝長。

地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道為橢圓形，太陽位于兩個焦點中的一個焦點上。因此，日地距離時刻在變化。每年1月2日至5日經(jīng)過近日點，7月3日至4日經(jīng)過遠日點。地球上接受到的太陽輻射的強弱與日地距離的平方成反比。

太陽光線與地平面的夾角稱為太陽高度角，它有日變化和年變化。太陽高度角大，則太陽輻射強。

白晝長度指從日出到日落之間的時間長度。赤道上四季白晝長度均為12小時，赤道以外晝長四季有變化，23.5°緯度的春、秋分日晝長12小時，夏至和冬至日晝長分別為14小時51分和9小時09分，到緯度66°33′出現(xiàn)極晝和極夜現(xiàn)象。南北半球的冬夏季節(jié)時間正好相反。

天文輻射的時空變化特點是：①全年以赤道獲得的輻射最多，極地最少。這種熱量不均勻分布，必然導致地表各緯度的氣溫產(chǎn)生差異，在地球表面出現(xiàn)熱帶、溫帶和寒帶氣候；②天文輻射夏大冬小，它導致夏季溫高冬季溫低。

三、太陽活動太陽活動是太陽大氣中局部區(qū)域各種不同活動現(xiàn)象的總稱主要有太陽黑子、光斑、譜斑、耀斑、日珥和日冕瞬變事件等

太陽黑子：在太陽的光球?qū)由?，有一些旋渦狀的氣流，像是一個淺盤，中間下凹，看起來是黑色的，這些旋渦狀氣流就是太陽黑子。黑子本身并不黑，之所以看得黑是因為比起光球來，它的溫度要低一、二千度，在更加明亮的光球襯托下，它就成為看起來像是沒有什么亮光的、暗黑的黑子了。

太陽活動周期黑子的活動周期為11.2年。屆時會對地球的磁場和各類電子產(chǎn)品和電器產(chǎn)生損害。在開始的4年左右時間里，黑子不斷產(chǎn)生，越來越多，活動加劇，在黑子數(shù)達到極大的那一年，稱為太陽活動峰年。在隨后的7年左右時間里，黑子活動逐漸減弱，黑子也越來越少，黑子數(shù)極小的那一年，稱為太陽活動谷年。國際上規(guī)定，從1755年起算的黑子周期為第一周，然后順序排列。1999年開始為第23周。

光斑

太陽光球邊緣出現(xiàn)的明亮組織，向外延伸到色球就是譜斑。光斑一般環(huán)繞著黑子，與黑子有密切的關系。同黑子有關的光斑由明亮的纖維組成，寬5000—10000公里，長約5萬公里，它們大致垂直于赤道；同黑子無關的光斑出現(xiàn)在70°的高緯地區(qū)，面積較小，略呈圓形，直徑約2300公里，平均壽命只有半小時。光斑比黑子早出現(xiàn)幾小時或幾天，出現(xiàn)后聚集成2部分，顯示出和黑子群類似的偶極特性。太陽較差自轉(zhuǎn)把最初為圓形的光斑逐步拉成橢圓形，其前導部分略近赤道。光斑在發(fā)展末期分解為許多小塊，然后逐步瓦解。

光斑和黑子一樣具有11年的活動周期

光斑不僅出現(xiàn)在光球?qū)由?，色球?qū)由弦灿兴顒拥膱鏊霈F(xiàn)在色球?qū)由系牟唤小肮獍摺?，而叫“譜斑”。

太陽風太陽風是一種連續(xù)存在，來自太陽并以200-800km/s的速度運動的等離子體流。這種物質(zhì)雖然與地球上的空氣不同，不是由氣體的分子組成，而是由更簡單的比原子還小一個層次的基本粒子——質(zhì)子和電子等組成，但它們流動時所產(chǎn)生的效應與空氣流動十分相似，所以稱它為太陽風。當然，太陽風的密度與地球上的風的密度相比，是非常非常稀薄而微不足道的，一般情況下，在地球附近的行星際空間中，每立方厘米有幾個到幾十個粒子。而地球上風的密度則為每立方厘米有2687億億個分子。太陽風雖然十分稀薄，但它刮起來的猛烈勁，卻遠遠勝過地球上的風。在地球上，12級臺風的風速是每秒32.5米以上，而太陽風的風速，在地球附近卻經(jīng)常保持在每秒350～450千米，是地球風速的上萬倍，最猛烈時可達每秒800千米以上。

太陽耀斑

是一種最劇烈的太陽活動。一般認為發(fā)生在色球?qū)又?，所以也叫“色球爆發(fā)”。其主要觀測特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出現(xiàn)迅速發(fā)展的亮斑閃耀，其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間，亮度上升迅速，下降較慢。特別是在，耀斑出現(xiàn)頻繁且強度變強的時候。

耀斑對氣象和水文等方面也有著不同程度的直接或間接影響

傳說，第二次世界大戰(zhàn)時，有一天，德國前線戰(zhàn)事吃緊，后方德軍司令部報務員布魯克正在繁忙地操縱無線電臺，傳達命令。突然，耳機里的聲音沒有了。他檢查機器，電臺完整無損；撥動旋鈕，改變頻率，仍然無濟于事。結(jié)果，前線失去聯(lián)系，像群龍無首似的陷入一片混亂，戰(zhàn)役以失敗而告終。布魯克因此受到軍事法庭判處死刑。他仰天呼喊“冤枉！冤枉！”后來查清，這次無線電中斷，“罪魁禍首”是耀斑。布魯克的死，實在冤枉。

日珥

在日全食時，太陽的周圍鑲著一個紅色的環(huán)圈，上面跳動著鮮紅的火舌，這種火舌狀物體就叫做日珥，日珥是通常發(fā)生在色球?qū)拥?，它像是太陽面?耳環(huán)"一樣。按運動情況來看，日珥可分為爆發(fā)型、寧靜型和活動型這樣三大類。如果細分下去可以分為十幾類。寧靜日珥，在觀測時間內(nèi)似乎是不動的，而活動日珥，則老在不停地變化著。它們從太陽表面噴出來，沿著弧形路線，又慢慢地落回到太陽表面上。但有的日珥噴得很快、很高，它的物質(zhì)沒有落回日面，而是拋射入宇宙空間了，爆發(fā)日珥的高度可以達到幾十萬千米。1938年爆發(fā)的一個最大日珥，頃刻間上升到157萬千米的高空。地球的直徑不過1.3萬千米。

日冕

日全食時，黑暗的太陽外圍是銀白色的光芒，像帽子似地扣在太陽上，因此稱為日冕。日冕是太陽最外圍大氣。平時要觀測日冕，需要用特別的日冕儀。日冕的范圍很大，用日冕儀只可以觀測到接近太陽表面的那部分日冕，一般叫做內(nèi)冕。它的邊界離太陽表面約有3個太陽半徑那么遠，或者說約為200萬千米。在此以外的日冕叫做外冕，它向外延伸到地球軌道之外。日冕的物質(zhì)非常稀薄。內(nèi)冕密度稍微大一些，但它的密度也低于地球大氣的十億分之一，幾乎接近真空。日冕的形狀很不規(guī)則，有時候呈圓形，有時候呈扁圓形，結(jié)構(gòu)也很精細，在太陽赤道四周有很多向外流動的“冕流”伸向遠處，太陽極區(qū)則有一些纖細的羽毛狀的“極羽”。

四、太陽磁流體力學1、太陽震蕩多普勒效應：克里斯琴·約翰·多普勒于1842年首先提出了這一理論。多普勒認為，物體輻射的波長因為光源和觀測者的相對運動而產(chǎn)生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高(藍移

(blueshift))。在運動的波源后面，產(chǎn)生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低(紅移

(redshift))。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應越大。

1960年，美國天文學家萊頓將新研制成功的強力分光儀對準太陽表面的一個小區(qū)域，準本測定它沸騰表面的運動情況。意外的發(fā)現(xiàn)太陽像一顆巨大的跳動著的心臟，一張一縮的在脈動，大約每5分鐘起伏一次。太陽表面存在多種周期的振蕩周期為5分鐘的振蕩，周期為52分鐘的振蕩，周期大約為7~8分鐘的太陽震蕩以及周期為160分鐘的振蕩。太陽振蕩現(xiàn)象發(fā)生在太陽表面，其根源在太陽內(nèi)部，太陽振蕩成為獲得太陽內(nèi)部信息的途徑。2、宇宙到處有輻射1