1、太阳活动和磁流体模型太阳活动和磁流体模型太阳神传说希腊太阳神话 太阳神阿波罗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爱，残酷地迫害勒托，致使她四处流浪。后来总算有一个浮岛德罗斯收留了勒托，她在岛上艰难地生下了日神和月神。于是赫拉就派巨蟒皮托前去杀害勒托母子，但没有成功。后来，勒托母子交了好运，赫拉不再与他们为敌，他们又回到众神行列之中。阿波罗为替母报仇，就用他那百发百中的神箭射死了给人类带来无限灾难的巨蟒皮托，为民除了害。北欧太阳神弗蕾 丰侥、兴旺、爱情、和平之神,美丽的仙国阿尔弗海姆的国王。一说他与巴尔德尔同为光明之神,或称太阳神。他属下的小精灵在
2、全世界施言行善。他常骑一只长着金黄色鬃毛的野猪出外巡视。人人都享受着他恩赐的和平与幸福。他有一把宝剑,光芒四射,能腾云驾雾。他还有一只袖珍魔船,必要时可运载所有的神和他们的武器。中国太阳神传说在遥远的东南海外，有一个羲和国，国中有一个异常美丽的女子叫羲和，她每天都在甘渊中洗太阳。太阳在经过夜晚之后就会被污染，经过羲和的洗涤，那被污染了的太阳，在第二天升起的时候仍会皎洁如初。这个羲和，实际上是传说中的上古帝王帝俊的妻子，她生了十个太阳，并且让这十个太阳轮流在空中执勤，把光明与温暖送到人间。这十个太阳的出发地十分荒凉偏僻，那地方有座山，山上有棵扶桑树，树高三百里，但它的叶子却像芥子一般大小。树下有
3、个深谷叫汤谷，这是太阳洗浴的地方。它们洗浴完了，就藏在树枝上擦摩身子。每天由最上边的那一个骑着鸟儿巡游天空，其他的便依次上登，准备出发 一、太一、太 阳的基本结构阳的基本结构1、参数和结构概况 体积：地球体积的1 302 500倍自转周期：2530天距最近的恒星间的距离：4.3光年宇宙年：225百万年直径：1 392 000公里（地球直径的109倍）半径：696000 千米.质量：1.9891030 千克温度：大约5770(表面)1560万(核心)总辐射功率：3.831026 焦耳/秒平均密度：1.409 克/立方厘米日地平均距离：1亿5千万 千米年龄：约50亿岁太阳从中心向外可分为核反应区、
4、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。2、太阳核心 太阳的核心区域虽然很小，半径只是太阳半径的1/4，但却是太阳那巨大能量的真正源头。太阳的核心温度高达1500万摄氏度，压力相当于2500亿个大气压。核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍。在这里发生着核聚变，每秒钟有七亿吨的氢被转化成氦。在这过程中，约有五百万吨的净能量被释放（大概相当于38600亿亿兆焦耳，386后面26个0）。聚变
5、产生的能量通过对流和辐射过程向外传送。核心产生的能量需要通过几百万年才能到达表面。3、辐射区和对流层日核外面的一层称为辐射区，这一层的气体也处在高温高压状态下(但低于核心区)，粒子间的频繁碰撞,使得在核心区产生的能量经过很久(几百万年)才能穿过这一层到达对流区。日核产生的能量通过这一区域，以辐射的形式向外传出。它的范围从0.25个太阳半径到0.86个太阳半径。这里的温度比太阳核心低的多，大约为70万k辐射区外为对流层，太阳大气在这一层呈现剧烈的上下对流状态，它的厚度大约为10万千米。能量在对流区的传递要比辐射区快的多.这一层中的大量气体以对流的方式向外输送能量.(有点像烧开水,被加热的部分向上
6、升，冷却了的部分向下降.)对流产生的气泡一样的结构就是我们在太阳大气的光球层中看到的米粒组织。4、太阳大气（1）太阳光球太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面，通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球的表面是气态的，其平均密度只有水的几亿分之一，但由于它的厚度达500千米，所以光球是不透明的。光球层的大气中存在着激烈的活动，用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构，很象一颗颗米粒，称之为米粒组织。它们极不稳定，一般持续时间仅为510分钟，其温度要比光球的平均温度高出300400。目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。（2）色球层紧贴光球以上的一层大气称为色球层，平时不
7、易被观测到，过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间，人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩，那就是色球。色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同，但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。日常生活中，离热源越远处温度越低，而太阳大气的情况却截然相反，光球顶部接近色球处的温度差不多是4300，到了色球顶部温度竟高达几万度，再往上，到了日冕区温度陡然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解，至今也没有找到确切的原因。色球层（3）日冕在日全食时的短暂瞬间，常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外，还有一大片白里透蓝，柔和美丽的晕光，这就是太阳大气的
8、最外层 日冕。日冕的范围在色球之上，一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕里的物质更加稀薄，它还会有向外膨胀运动，并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。日冕二、太阳辐射 太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。地球所接受到的太阳辐射能量仅为太阳向宇宙空间放射的总辐射能量的二十二亿分之一，但却是地球大气运动的主要能量源泉。天文太阳辐射量：到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量。太阳常数：在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量，称为太阳常数。太阳常数的常用单位为瓦/米2。因观测方法和技术不同，得到的太阳常数值不同
9、。世界气象组织(WMO)1981年公布的太阳常数值是1368瓦/米2。1、长波辐射和短波辐射 地球大气上界的太阳辐射光谱的99以上在波长 0.154.0微米之间。大约50的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.40.76微米），7在紫外光谱区（波长0.76微米），最大能量在波长 0.475微米处。由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长（约3120微米）小得多，所以通常又称太阳辐射为短波辐射，称地面和大气辐射为长波辐射。太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化。太阳辐射通过大气，一部分到达地面，称为直接太阳辐射；另一部分为大气的分子、大气中的微尘、水汽等吸收、散射和反射。被散射的
10、太阳辐射一部分返回宇宙空间，另一部分到达地面，到达地面的这部分称为散射太阳辐射。到达地面的散射太阳辐射和直接太阳辐射之和称为总辐射。太阳辐射通过大气后，其强度和光谱能量分布都发生变化。到达地面的太阳辐射能量比大气上界小得多，在太阳光谱上能量分布在紫外光谱区几乎绝迹，在可见光谱区减少至40，而在红外光谱区增至60。2、地球受到太阳辐射的变化 除太阳本身的变化外，天文辐射能量主要决定于日地距离、太阳高度角和昼长。地球绕太阳公转的轨道为椭圆形，太阳位于两个焦点中的一个焦点上。因此，日地距离时刻在变化。每年1月2日至5日经过近日点，7月3日至4日经过远日点。地球上接受到的太阳辐射的强弱与日地距离的平方
11、成反比。太阳光线与地平面的夹角称为太阳高度角，它有日变化和年变化。太阳高度角大，则太阳辐射强。白昼长度指从日出到日落之间的时间长度。赤道上四季白昼长度均为12小时，赤道以外昼长四季有变化，23.5纬度的春、秋分日昼长12小时，夏至和冬至日昼长分别为14小时51分和9小时09分，到纬度6633出现极昼和极夜现象。南北半球的冬夏季节时间正好相反。天文辐射的时空变化特点是：全年以赤道获得的辐射最多，极地最少。这种热量不均匀分布，必然导致地表各纬度的气温产生差异，在地球表面出现热带、温带和寒带气候；天文辐射夏大冬小，它导致夏季温高冬季温低。三、太阳活动太阳活动太阳活动是太阳大气中局部区域各种不同活动现
12、象的总称主要有太阳黑子、光斑、谱斑、耀斑、日珥和日冕瞬变事件等 太阳黑子：在太阳的光球层上，有一些旋涡状的气流，像是一个浅盘，中间下凹，看起来是黑色的，这些旋涡状气流就是太阳黑子太阳黑子。黑子本身并不黑，之所以看得黑是因为比起光球来，它的温度要低一、二千度，在更加明亮的光球衬托下，它就成为看起来像是没有什么亮光的、暗黑的黑子了。太阳活动周期黑子的活动周期为11.2年。届时会对地球的磁场和各类电子产品和电器产生损害。在开始的4年左右时间里，黑子不断产生，越来越多，活动加剧，在黑子数达到极大的那一年，称为太阳活动峰年太阳活动峰年。在随后的7年左右时间里，黑子活动逐渐减弱，黑子也越来越少，黑子数极小
13、的那一年，称为太阳活动谷年太阳活动谷年。国际上规定，从1755年起算的黑子周期为第一周，然后顺序排列。1999年开始为第23周。光斑 太阳光球边缘出现的明亮组织，向外延伸到色球就是谱斑。光斑一般环绕着黑子，与黑子有密切的关系。同黑子有关的光斑由明亮的纤维组成，宽500010000公里，长约5万公里，它们大致垂直于赤道；同黑子无关的光斑出现在70的高纬地区，面积较小，略呈圆形，直径约2300公里，平均寿命只有半小时。光斑比黑子早出现几小时或几天，出现后聚集成2部分，显示出和黑子群类似的偶极特性。太阳较差自转把最初为圆形的光斑逐步拉成椭圆形，其前导部分略近赤道。光斑在发展末期分解为许多小块，然后逐
14、步瓦解。光斑和黑子一样具有11年的活动周期 光斑不仅出现在光球层上，色球层上也有它活动的场所出现在色球层上的不叫“光斑”，而叫“谱斑”。太阳风太阳风是一种连续存在，来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。这种物质虽然与地球上的空气不同，不是由气体的分子组成，而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子质子和电子等组成，但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似，所以称它为太阳风。当然，太阳风的密度与地球上的风的密度相比，是非常非常稀薄而微不足道的，一般情况下，在地球附近的行星际空间中，每立方厘米有几个到几十个粒子。而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。太阳风虽然十
15、分稀薄，但它刮起来的猛烈劲，却远远胜过地球上的风。在地球上，12级台风的风速是每秒32.5米以上，而太阳风的风速，在地球附近却经常保持在每秒350 450千米，是地球风速的上万倍，最猛烈时可达每秒800千米以上。太阳耀斑 是一种最剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中，所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是，日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀，其寿命仅在几分钟到几十分钟之间，亮度上升迅速，下降较慢。特别是在，耀斑出现频繁且强度变强的时候。耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响 传说，第二次世界大战时，有一天，德国前线战事吃紧，后方德军司令部报务员布鲁克正在繁忙地操
16、纵无线电台，传达命令。突然，耳机里的声音没有了。他检查机器，电台完整无损；拨动旋钮，改变频率，仍然无济于事。结果，前线失去联系，像群龙无首似的陷入一片混乱，战役以失败而告终。布鲁克因此受到军事法庭判处死刑。他仰天呼喊“冤枉！冤枉！”后来查清，这次无线电中断，“罪魁祸首”是耀斑。布鲁克的死，实在冤枉。日珥 在日全食时，太阳的周围镶着一个红色的环圈，上面跳动着鲜红的火舌，这种火舌状物体就叫做日珥，日珥是通常发生在色球层的，它像是太阳面的耳环一样。按运动情况来看，日珥可分为爆发型、宁静型和活动型这样三大类。如果细分下去可以分为十几类。宁静日珥，在观测时间内似乎是不动的，而活动日珥，则老在不停地变化着
17、。它们从太阳表面喷出来，沿着弧形路线，又慢慢地落回到太阳表面上。但有的日珥喷得很快、很高，它的物质没有落回日面，而是抛射入宇宙空间了，爆发日珥的高度可以达到几十万千米。1938年爆发的一个最大日珥，顷刻间上升到157万千米的高空。地球的直径不过1.3万千米。日冕 日全食时，黑暗的太阳外围是银白色的光芒，像帽子似地扣在太阳上，因此称为日冕。日冕是太阳最外围大气。平时要观测日冕，需要用特别的日冕仪。日冕的范围很大，用日冕仪只可以观测到接近太阳表面的那部分日冕，一般叫做内冕。它的边界离太阳表面约有3个太阳半径那么远，或者说约为200万千米。在此以外的日冕叫做外冕，它向外延伸到地球轨道之外。日冕的物质
18、非常稀薄。内冕密度稍微大一些，但它的密度也低于地球大气的十亿分之一，几乎接近真空。日冕的形状很不规则，有时候呈圆形，有时候呈扁圆形，结构也很精细，在太阳赤道四周有很多向外流动的“冕流”伸向远处，太阳极区则有一些纤细的羽毛状的“极羽”。四、太阳磁流体力学 1、太阳震荡多普勒效应：克里斯琴约翰多普勒于1842年首先提出了这一理论。多普勒认为，物体辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高(蓝移(blue shift)。在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得较长，频率变得较低(红移(red shift)。波源的速度越高，所产生的效应越大
19、。1960年，美国天文学家莱顿将新研制成功的强力分光仪对准太阳表面的一个小区域，准本测定它沸腾表面的运动情况。意外的发现太阳像一颗巨大的跳动着的心脏，一张一缩的在脉动，大约每5分钟起伏一次。太阳表面存在多种周期的振荡周期为5分钟的振荡，周期为52分钟的振荡，周期大约为78分钟的太阳震荡以及周期为160分钟的振荡。太阳振荡现象发生在太阳表面，其根源在太阳内部，太阳振荡成为获得太阳内部信息的途径。2、宇宙到处有辐射 1973年在阿尔文29岁的时候，首先提出：“银河系的星际空间到处都存在磁场。”当时，银河系的磁场并未观测到，也没有人承认银河系到处都有磁场。这一假设一直受到冷落，直到40年代才发现银河
20、系存在磁场的迹象。到60年代测出银河系磁场的分布之后才最后证实阿尔文的假设事实上宇宙中到处都存在磁场。3、宇宙到处都是等离子等离子状态是指物质原子内的电子在高温下脱等离子状态是指物质原子内的电子在高温下脱离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状离原子核的吸引，使物质呈为正负带电粒子状态存在。态存在。在茫茫无际的宇宙空间里，等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高，这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。只有那些昏暗的行星和分散的星际物质里才可以找到固态、液态和气态的物质。4、等离子体在磁场中的运动等离子体中的中性粒子在磁场中不会受任何影响，带电粒子受到磁场洛伦兹
21、力的作用。带电粒子的运动又会产生磁场。等离子体是流体要遵守流体力学的规律，当它在磁场中运动又要遵从电动力学的规律。如果带电粒子进入磁场时的运动方向与磁力线方向垂直，洛伦兹力只改变粒子的运动方向，使粒子作匀速率圆周运动。当带电粒子的运动方向与磁力线方向不垂直时，带电粒子在磁场中的运动是螺旋轨道。阿尔文发现等离子体在磁场中运动的一种磁冻结的新现象，也就是带电粒子被固定在磁力线上。等离子体在磁场中运动必然带着磁力线一起运动。5、磁流体力学波1942年阿尔文发现了磁流体力学波。在等离子体和磁场冻结在一起的情况下，磁力线存在张力。就像一根弹拨乐器的弦线一样，在外力的作用下，就发生震动，产生沿弦线方向的横波传播，产生磁流体力学波。阿尔文理论给出了这种波的速度：42BvA
