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| 從日冕嚮行星際空間輻射的等離子體粒子流。由日冕高溫膨脹，使熱電離氣體粒子從日冕嚮外流而成。主要由質子和電子組成，也有少量氦離子。長壽命的冕洞是太陽風風源之一。人造地球衛星和宇宙飛船的探測證實了太陽風的存在。 |
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| 太陽風是一種連續存在，來自太陽並以200-800km/s的速度運動的等離子體流。這種物質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——質子和電子等組成，但它們流動時所産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，每立方釐米有幾個到幾十個粒子。而地球上風的密度則為每立方釐米有2687億億個分子。太陽風雖然十分稀薄，但它颳起來的猛烈勁，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。太陽風從太陽大氣最外層的日冕，嚮空間持續拋射出來的物質粒子流。這種粒子流是從冕洞中噴射出來的，其主要成分是氫粒子和氦粒子。太陽風有兩種：一種持續不斷地輻射出來，速度較小，粒子含量也較少，被稱為“持續太陽風”；另一種是在太陽活動時輻射出來，速度較大，粒子含量也較多，這種太陽風被稱為“擾動太陽風”。擾動太陽風對地球的影響很大，當它抵達地球時，往往引起很大的磁暴與強烈的極光，同時也産生電離層騷擾。太陽風的存在，給我們研究太陽以及太陽與地球的關係提供了方便。 |
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為了能夠清楚的表述太陽風是怎樣形成的，需要先瞭解太陽大氣的分層情況。
一般情況下，我們把太陽大氣分為六層，由內往外依次命名為：日核，輻射區，對流層，光球，色球，日冕。日核的半徑占太陽半徑的四分之一左右，它集中了太陽質量的大部分，並且是太陽百分之九十九以上的能量的發生地。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓面，太陽的可見光全部是由光球面發出的。
而日冕位於太陽的最外層，屬於太陽的外層大氣。太陽風就是在這裏形成並發射出去的。
通過人造衛星和宇宙空間探測器拍攝的照片，我們可以發現在日冕上長期存在着一些長條形的大尺度的黑暗區域。這些區域的x射綫強度比其他區域要低得多，從表觀上看就像日冕上的一些洞，我們形象的稱之為冕洞。
冕洞是太陽磁場的開放區域，這裏的磁力綫嚮宇宙空間擴散，大量的等離子體順着磁力綫跑出去，形成高速運動的粒子流。粒子流在冕洞底部速度為每秒16km左右，當到達地球軌道附近時，速度可達每秒800km以上。這種高速運動的等離子體流也就是我們所說的太陽風。
太陽風從冕洞噴發而出後，夾帶着被裹挾在其中的太陽磁場嚮四周迅速吹散。現在我們肯定，太陽風至少可以吹遍整個太陽係。
當太陽風到達地球附近時，與地球的偶極磁場發生作用，並把地球磁場的磁力綫吹得嚮後彎麯。但是地磁場的磁壓阻滯了等離子體流的運動，使得太陽風不能侵入地球大氣而繞過地磁場繼續嚮前運動。於是形成一個空腔，地磁場就被包含在這個空腔裏。此時的地磁場外形就像一個一頭大一頭小的蛋狀物。
但是，當太陽出現突發性的劇烈活動時，情況會有所變化。此時太陽風中的高能離子會增多，這些高能離子能夠沿着磁力綫侵入地球的極區；並在地球兩極的上層大氣中放電，産生絢麗壯觀的極光。
1850年，一位名叫卡林頓的英國天文學家在觀察太陽黑子時，發現在太陽表面上出現了一道小小的閃光，它持續了約5分鐘。卡林頓認為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。 |
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到了20世紀20年代，由於有了更精緻的研究太陽的儀器。人們發現這種“太陽光”是普通的事情，它的出現往往與太陽黑子有關。例如，1899年，美國天文學家霍爾發明了一種“太陽攝譜儀”，能夠用來觀察太陽發出的某一種波長的光。這樣，人們就能夠靠太陽大氣中發光的氫、鈣元素等的光，拍攝到太陽的照片。結果查明，太陽的閃光和什麽隕石毫不相幹，那不過是熾熱的氫的短暫爆炸而已。
小型的閃光是十分普通的事情，在太陽黑子密集的部位， 一天能觀察到一百次之多，特別是當黑子在“生長”的過程中更是如此。像卡林頓所看到的那種巨大的閃光是很罕見的，一年衹發生很少幾次。
有時候，閃光正好發生在太陽表面的中心，這樣，它爆發的方向正衝着地球。在這樣的爆發過後，地球上會一再出現奇怪的事情。一連幾天，極光都會很強烈，有時甚至在溫帶地區都能看到。羅盤的指針也會不安分起來，發狂似地擺動，因此這種效應有時被稱為“磁暴”。 隨着科技的進步，極光的奧秘也越來越為我們所知，原來，這美麗的景色是太陽與大氣層合作表演出來的作品。在太陽創造的諸如光和熱等形式的能量中，有一種能量被稱為"太陽風"。太陽風是太陽噴射出的帶電粒子，是一束可以覆蓋地球的強大的帶電亞原子顆粒流。太陽風在地球上空環繞地球流動，以大約每秒400公裏的速度撞擊地球磁場。地球磁場形如漏鬥，尖端對着地球的南北兩個磁極，因此太陽發出的帶電粒子沿着地磁場這個"漏鬥"沉降，進入地球的兩極地區。兩極的高層大氣，受到太陽風的轟擊後會發出光芒，形成極光。在南極地區形成的叫南極光。在北極地區形成的叫北極光。
在本世紀之前，這類情況對人類並沒有發生什麽影響。但是，到了20世紀，人們發現，磁暴會影響無綫電接收，各種電子設備也會受到影響。由於人類越來越依賴於這些設備，磁暴也就變得越來越事關重大了。比如說，在磁暴期內，無綫電和電視傳播會中斷，雷達也不能工作。
天文學家更加仔細地研究了太陽的閃光，發現在這些爆發中顯然有熾熱的氫被拋得遠遠的，其中有一些會剋服太陽的巨大引力射入空間。氫的原子核就是質子，因此太陽的周圍有一層質子云（還有少量復雜原子核）。1958年，美國物理學家帕剋把這種嚮外涌的質子云叫做“太陽風”。
嚮地球方向涌來的質子在抵達地球時，大部分會被地球自身的磁場推開。不過還是有一些會進入大氣層，從而引起極光和各種電現象。嚮地球方向射來的強大質子云的一次特大爆發，會産生可以稱為“太陽風暴”的現象，這時，磁暴效應就會出現。
使彗星産生尾巴的也正是太陽風。彗星在靠近太陽時，星體周圍的塵埃和氣體會被太陽風吹到後面去。這一效應也在人造衛星上得到了證實。像“回聲一號”那樣又大又輕的衛星，就會被太陽風顯著吹離事先計算好的軌道。 |
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太陽風雖然猛烈，卻不會吹襲到地球上來。這是因為地球有着自己的保護傘——地球磁場。地磁場把太陽風阻擋在地球之外。然而百密一疏，仍然會有少數漏網分子闖進來，儘管 它們僅是一小撮；但還是會給地球帶來一係列破壞。它會幹擾地球的磁場，使地球磁場的強度發生明顯的變動；它還會影響地球的高層大氣，破壞地球電離層的結構，使其喪失反射無 綫電波的能力，造成我們的無綫電通信中斷；它還會影響大氣臭氧層的化學變化，並逐層往下傳遞，直到地球表面，使地球的氣候發生反常的變化，甚至還會進一步影響到地殼，引起火山爆發和地震。例如，1959年7月15日，人們觀測到太陽突然噴發出一股巨大的火焰 (它就是太陽風的風源)。幾天後，7月21日，也就是這股猛烈的太陽風吹襲到地球近空時， 竟使地球的自轉速度突然減慢了0．85毫秒，而這一天全球也發生多起地震；與此同時，地磁場也發生被稱為“磁暴”的激烈擾動，環球通信突然中斷，使一些靠指南針和無綫電導航 的飛機、船衹一下子變成了“瞎子”和“聾子”……。
太陽風對地球的影響，衹是乘虛而人的漏網分子所為。由此可見，在無所阻攔的星際空間，太陽風的威力有多大了。
在太陽風和外面的星際物質交匯的地方，會産生衝擊波。1977年發射的“旅行者一號”探測器據說在2003年的時候碰上了這種衝擊波。那個衝擊波距離太陽大約128億千米~180億千米。 |
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一間窗戶被風颳開的房子，雖然總體上能抵禦猛烈風暴的襲擊，但破窗而入的狂風會將屋裏颳得一團糟。最新研究表明，地球磁場在太陽風面前就像是一間容易“漏風”的房子，其“漏洞”會持續“透風”長達數小時，為來自太陽的帶電粒子進入地球大氣層、擾亂通信和電力係統等提供可乘之機。
在最新一期英國《自然》雜志上，美國加利福尼亞大學伯剋利分校的研究人員公佈了這一研究結果。研究人員說，新結果有助於更好地預測太陽風暴等惡劣“太空天氣”可能給地球造成的影響。
太陽上不時會颳出由帶電粒子構成的太陽風。如果太陽活動變得劇烈，太陽風也會跟着狂暴起來。地球自身有一個綿延至太空中數萬公裏的磁場，能夠構成抵禦太陽風的保護性屏障。不過，這道屏障並非沒有破綻。早在1961年，英國帝國理工學院的鄧恩蓋博士就曾預測，當太陽風所包含的磁場朝嚮在局部上與地球磁場朝嚮相反時，兩個磁場的“磁重聯”過程會導致地球磁場保護屏障産生縫隙，使太陽風的帶電粒子得以乘虛而入。其他科學家後來證實了縫隙的存在，但地球磁場的這種縫隙是時開時合，還是會長時間保持洞開，科學家們一直不清楚。
加利福尼亞大學伯剋利分校的弗雷介紹說，他和同事藉助美國宇航局的image探測器和歐美合作的“星團”計劃所屬衛星的觀測數據，首次發現地球磁場縫隙會長達數小時處於敞開狀態。據他們測算，在距地球表面約6萬公裏的地球磁場屏障邊界上，縫隙面積可能達到了地球面積的兩倍，由此進入的太陽風最終在北極上方電離層中産生相當於美國加利福尼亞州大小的質子極光。 |
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| 太陽風的發現是20世紀空間探測的重要發現之一。經過近40年的研究，對太陽風的物理性質有了基本瞭解，但是至今人們仍然不清楚太陽風是怎樣起源和怎樣加速的。太陽風是怎樣得到等離子體的供應及能量的供應的問題是空間物理學領域中經長期研究仍懸而未决的一大基本課題。 |
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太陽風雖然猛烈，卻不會吹襲到地球上來。這是因為地球有着自己的保護傘——地球磁場。地磁場把太陽風阻擋在地球之外。然而百密一疏，仍然會有少數漏網分子闖進來，儘管 它們僅是一小撮；但還是會給地球帶來一係列破壞。它會幹擾地球的磁場，使地球磁場的強度發生明顯的變動；它還會影響地球的高層大氣，破壞地球電離層的結構，使其喪失反射無 綫電波的能力，造成我們的無綫電通信中斷；它還會影響大氣臭氧層的化學變化，並逐層往下傳遞，直到地球表面，使地球的氣候發生反常的變化，甚至還會進一步影響到地殼，引起火山爆發和地震。例如，1959年7月15日，人們觀測到太陽突然噴發出一股巨大的火焰 (它就是太陽風的風源)。幾天後，7月21日，也就是這股猛烈的太陽風吹襲到地球近空時， 竟使地球的自轉速度突然減慢了0．85毫秒，而這一天全球也發生多起地震；與此同時，地磁場也發生被稱為“磁暴”的激烈擾動，環球通信突然中斷，使一些靠指南針和無綫電導航 的飛機、船衹一下子變成了“瞎子”和“聾子”……。
太陽風對地球的影響，衹是乘虛而入的漏網分子所為。由此可見，在無所阻攔的星際空間，太陽風的威力有多大了。
在太陽風和外面的星際物質交匯的地方，會産生衝擊波。1977年發射的“旅行者一號”探測器據說在2003年的時候碰上了這種衝擊波。那個衝擊波距離太陽大約128億千米~180億千米。
太陽風對人類的影響：
1.當太陽風掠過地球時，會使電磁場發生變化，引起地磁暴、電離層暴，並影響通訊，特別是短波通訊。
2.對地面的電力網、管道和其它大型結構發送強大原電荷，影響輸電、輸油、輸氣管綫係統的安全。
3.對運行的衛星也會産生影響。
4.一次太陽風的輻射量對一個人來說很容易達到多次的X綫檢查量。他還會引起人體免疫力的下降，很容易引起病變，也會使人情緒易波動，甚至車禍增多
5.會使氣溫增高。 |
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太陽風的發現是20世紀空間探測的重要發現之一。經過近40年的研究，對太陽風的物理性質有了基本瞭解，但是至今人們仍然不清楚太陽風是怎樣起源和怎樣加速的。太陽風是怎樣得到等離子體的供應及能量的供應的問題是空間物理學領域中經長期研究仍懸而未决的一大基本課題。
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taiyangfeng
太陽風
solar wind
從太陽外層大氣不斷發射出的穩定的粒子流。太陽外層大氣──日冕，具有極高的溫度，作用於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，日冕不可能處在穩定靜止狀態，而是穩定地嚮外膨脹，熱電離氣體粒子連續地從太陽嚮外流出，就形成太陽風。近年來的觀測表明，存在於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(即M區)更是太陽風的風源。
最早人們是從彗尾總是背嚮太陽這種天象中猜測到太陽風的存在。近年來利用衛星觀測近地空間終於證實有太陽風存在。太陽風的基本物理參量如下：
流速 約450公裏/秒
質子或電子數密度 8個/釐米□
質子溫度 4×10□K
質子的熱各嚮異性比值 2
電子溫度 1×10□～1.5×10□K
磁? ?×10□高斯
太陽風的理論模型，是按穩定態球對稱的日冕嚮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。但是實際上太陽風中很少存在這種狀態，幾乎所有觀測到的參量都有一種無規則的起伏。起伏的原因可歸諸空間的不均勻性或隨時間變化的因素，是日面上發生的天體物理現象在行星際空間的反映。相對寧靜的太陽風衹有在太陽活動極小年纔會存在。從不同太陽活動水平年份的觀測結果中可以看出，隨着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公裏時，近似地可認為太陽風處於寧靜狀態。
既然太陽風起源於太陽外層大氣，人們有理由認為太陽風的化學成分和太陽外層大氣的化學成分相似。奇怪的是,根據“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，低於太陽光球中氦氫豐度比。這個事實意味着氫在日冕膨脹過程中也許比氦更加容易從太陽中脫逸，也就是說，不同荷質比的離子在日冕膨脹中會分離，導致日冕重離子的引力沉澱。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量級之多，成因至今還是一個謎。觀測表明，高氦量等離子體常常在日地間激波（見日地間激波和磁流間斷）或地磁擾動突然開始後5～12小時內出現，這說明它與太陽爆發有關。
太陽風中的動力學現象包含許多隨時間變化的復雜結構（其中有高速等離子體流、日地間激波和阿爾文起伏等）,大致可分為兩類:一類同日面上長壽命的活動區有關；另一類同日面上爆發過程有關，常以激波的形式出現。這種激波是由耀斑區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，所以衹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每秒約500公裏。日地間激波平均傳輸的時間約55小時，由此算出平均傳播速度每秒為760公裏,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剋完成的。近年來的理論發展主要集中在研究兩種模型上，即單流體模型和雙流體模型。二者以不同方法處理能量方程。前者假設能量方程中電子溫度和質子溫度相同，並且認為在日冕底層區域之外唯一的能源來自熱傳導。後者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，並且通過電子和質子間的庫侖碰撞交換項將兩個能量方程耦合起來。目前尚難判定哪種模型更好。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於質子溫度。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於偏低。不論是單流體模型或雙流體模型，衹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，例如激波、磁流體力學波或磁湍流等起着重要作用（見宇宙磁流體力學）。同樣，太陽附近對日冕增溫有影響的機構，可能在日冕外區域仍起作用。
（張和祺）
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