精品伊人久久大香线蕉,开心久久婷婷综合中文字幕,杏田冲梨,人妻无码aⅴ不卡中文字幕

作者：苗娟（中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心） 

誰是你心中的top10? 科學(xué)大院“2017年度十佳科普文章”評(píng)選正在投票！傳送門>>>點(diǎn)我投票

太陽天氣 關(guān)鍵看黑子

太陽黑子是人們最早觀測(cè)到的太陽活動(dòng)現(xiàn)象。1843年，德國天文愛好者施瓦布通過日常觀測(cè)發(fā)現(xiàn)了太陽黑子數(shù)量的多少存在11年左右的周期。之后，隨著觀測(cè)數(shù)據(jù)的增加，這一規(guī)律不斷被證實(shí)，并且人們發(fā)現(xiàn)黑子數(shù)的多少與這個(gè)時(shí)期的太陽活躍程度相對(duì)應(yīng)。于是，太陽黑子數(shù)的這種規(guī)律變化成為人們劃分太陽活動(dòng)周期的標(biāo)志，黑子數(shù)量的高峰年稱為太陽活動(dòng)峰年，黑子數(shù)最少年稱為太陽活動(dòng)低年，兩次低年之間定為一個(gè)太陽活動(dòng)周。

圖1 太陽活動(dòng)周變化示意圖

至今，太陽黑子數(shù)仍是最典型、最具代表的一種太陽活動(dòng)參數(shù)，人們對(duì)太陽活動(dòng)周的預(yù)報(bào)主要體現(xiàn)在對(duì)太陽黑子數(shù)的預(yù)報(bào)。通過對(duì)一個(gè)活動(dòng)周內(nèi)太陽黑子數(shù)的預(yù)測(cè)，我們就可以判斷未來一個(gè)太陽活動(dòng)周的整體趨勢(shì)，哪個(gè)階段太陽會(huì)比較平靜，什么時(shí)候會(huì)到達(dá)太陽活動(dòng)周峰年，峰年水平會(huì)有多高，太陽風(fēng)暴發(fā)生的強(qiáng)度和概率有多大等等。

圖2 太陽黑子數(shù)年變化

除了太陽黑子數(shù)之外，人們還發(fā)現(xiàn)了另一種能代表太陽活動(dòng)周變化的參量——太陽10.7cm射電流量（F10.7）。從長期的監(jiān)測(cè)中人們還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)10.7和太陽黑子數(shù)有很強(qiáng)的相關(guān)性，F(xiàn)10.7值的大小也能很好地代表太陽活動(dòng)的強(qiáng)弱，并且由于F10.7在地面就可以監(jiān)測(cè)獲取，長久以來在許多重要的電離層和中高層大氣模型中，通常都是以F10.7作為輸入來表征太陽活動(dòng)的水平。因此，無論是過去、現(xiàn)在，還是未來，F(xiàn)10.7監(jiān)測(cè)在太陽活動(dòng)預(yù)報(bào)和研究中都將具有舉足輕重的地位。

圖3 F10.7和黑子數(shù)關(guān)系

在長期觀測(cè)中，人們還發(fā)現(xiàn)11年大規(guī)律下還隱藏著小秩序，即在一個(gè)活動(dòng)周中內(nèi)，太陽黑子的出現(xiàn)并不雜亂無章，而是非常有“秩序”，開始先是在太陽較高緯度對(duì)稱出現(xiàn)，之后逐漸向赤道推移，一周接一周，永不改變，這便形成了我們經(jīng)常看到的美麗的黑子蝴蝶圖。

圖4 太陽黑子日面位置變化蝴蝶圖

到此，我們是不是很了解太陽黑子了呢？并不是。20世紀(jì)初，美國天文學(xué)家海耳在研究黑子的磁性時(shí)，發(fā)現(xiàn)成對(duì)出現(xiàn)的太陽黑子的磁場(chǎng)極性總是相反，如果北半球上前導(dǎo)黑子是N極，后隨黑子則是S極，而南半球黑子則相反，并且在同一太陽活動(dòng)周期內(nèi)兩個(gè)半球上黑子群的磁極性分布保持不變。當(dāng)下一個(gè)周期開始時(shí)，南北半球雙極黑子的磁極性則發(fā)生對(duì)換。因此，黑子磁場(chǎng)的極性分布每隔22年經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)，稱為一個(gè)太陽磁周期。

圖5  太陽黑子磁場(chǎng)變化

太陽風(fēng)暴之前有哪些征兆？

1908年，海耳利用磁場(chǎng)能夠?qū)е鹿庾V線分裂的塞曼效應(yīng)原理推算出黑子具有3000-4000高斯的強(qiáng)磁場(chǎng)。1952年，美國巴布科克父子研制出了世界上第一臺(tái)光電磁像儀，它可以測(cè)出強(qiáng)度僅有1高斯的弱磁場(chǎng)，從而使太陽磁場(chǎng)的研究從黑子區(qū)域擴(kuò)展到整個(gè)日面。越來越多的磁場(chǎng)觀測(cè)已經(jīng)證實(shí)了黑子的演化和爆發(fā)都與磁場(chǎng)有關(guān)。

太陽風(fēng)暴發(fā)生與否，關(guān)鍵決定于太陽黑子群的復(fù)雜程度。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，黑子群的磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，就越容易儲(chǔ)存更多的磁能，也就更加容易產(chǎn)生大規(guī)模的太陽爆發(fā)活動(dòng)，相反，那些面積小、磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)簡單的黑子群由于沒有能力儲(chǔ)存更多的磁能，則幾乎不會(huì)爆發(fā)或只爆發(fā)小規(guī)模的活動(dòng)。歷史上的那些強(qiáng)太陽風(fēng)暴的發(fā)生都起源于具有復(fù)雜磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的黑子群。因此，黑子群面積、磁場(chǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以讓預(yù)報(bào)員及時(shí)了解黑子群的發(fā)展和演化進(jìn)程，為預(yù)測(cè)太陽風(fēng)暴提供強(qiáng)有力的證據(jù)。

圖6 黑子群與太陽爆發(fā)

如何做出“太陽天氣預(yù)報(bào)”？

通過衛(wèi)星云圖監(jiān)測(cè)，天氣預(yù)報(bào)員可以告訴你會(huì)不會(huì)刮風(fēng)、會(huì)不會(huì)下雨。太陽黑子爆發(fā)了，太陽風(fēng)暴來了，我們?nèi)绾沃溃慨?dāng)然要靠太陽監(jiān)測(cè)。而對(duì)太陽風(fēng)暴的監(jiān)測(cè)，最主要是對(duì)耀斑和日冕物質(zhì)拋射監(jiān)測(cè)。

耀斑是電磁輻射突然增強(qiáng)的一種表現(xiàn)，在太陽觀測(cè)圖上常表現(xiàn)為某區(qū)域的突然增亮，在Ｘ射線耀斑流量監(jiān)測(cè)中則表現(xiàn)為流量的快速上升。耀斑發(fā)生時(shí)，預(yù)報(bào)員通過流量的監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)判斷耀斑發(fā)生的時(shí)間和級(jí)別大小，并可以快速地預(yù)測(cè)出電離層發(fā)生擾動(dòng)的區(qū)域和強(qiáng)度。而不同波段的耀斑成像監(jiān)測(cè)，不但清晰、詳細(xì)地展現(xiàn)耀斑的爆發(fā)過程和爆發(fā)強(qiáng)度，通過圖像，預(yù)報(bào)員可以及時(shí)確定耀斑發(fā)生的位置，分析所對(duì)應(yīng)的黑子群活動(dòng)情況，從而預(yù)測(cè)后期的再爆發(fā)概率。

圖7 耀斑的Ha觀測(cè)和極紫外觀測(cè)

日冕物質(zhì)拋射,正如其詞義所表達(dá)的那樣，是指從太陽大氣中向行星際空間拋射出一團(tuán)日冕物質(zhì)，當(dāng)其發(fā)生時(shí)，從日冕圖像中會(huì)很清楚看到明亮物質(zhì)噴出。通過連續(xù)的日冕成像圖，就可以判斷日冕物質(zhì)拋射發(fā)生的時(shí)間、拋射的方向及傳播速度等等，再結(jié)合日面黑子群和耀斑發(fā)生情況，就可以確定這團(tuán)物質(zhì)的源區(qū)位置。

目前，SOHO和STEREO衛(wèi)星的的聯(lián)合監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)了從不同角度對(duì)同一日冕物質(zhì)拋射的立體觀測(cè)，更加清晰地展現(xiàn)了日冕物質(zhì)拋射的全過程。日冕物質(zhì)拋射對(duì)地球的主要影響是引起地球磁場(chǎng)變化，產(chǎn)生地磁暴。而一般日冕物質(zhì)拋出后，需要約1～4天才能到達(dá)地球，這樣預(yù)報(bào)員有比較充裕的時(shí)間來分析日冕物質(zhì)拋射的特性，并根據(jù)行星際到地球空間的各種觀測(cè)資料，預(yù)測(cè)該團(tuán)物質(zhì)是否會(huì)到達(dá)地球、到達(dá)地球的時(shí)間及可能對(duì)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生的影響程度。

圖8 日冕物質(zhì)及地磁暴

在耀斑和日冕物質(zhì)拋射發(fā)生時(shí)，也可能伴隨有高能帶電粒子噴出，在監(jiān)測(cè)中主要表現(xiàn)為不同能量段質(zhì)子通量的增加，即我們常說的質(zhì)子事件。根據(jù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)報(bào)員可以判定此次質(zhì)子事件的級(jí)別、發(fā)展過程，并預(yù)測(cè)可能持續(xù)的時(shí)間，及時(shí)發(fā)出警報(bào)和預(yù)報(bào)信息。

預(yù)報(bào)員的“眼睛”——衛(wèi)星

人類對(duì)太陽活動(dòng)的監(jiān)測(cè)已有幾百年的歷史，隨著人類活動(dòng)進(jìn)入太空，衛(wèi)星在太陽活動(dòng)監(jiān)測(cè)中起到了巨大的作用。在過去半個(gè)多世紀(jì)的航天史上，有一系列經(jīng)典的衛(wèi)星被送入太空。人類對(duì)太陽的認(rèn)識(shí)，對(duì)地日關(guān)系的理解，對(duì)太陽風(fēng)暴的監(jiān)測(cè)……，離不開這些置于太空中的銳眼――SOHO、STEREO、SDO等等，將來還會(huì)更多，每顆衛(wèi)星都搭載有多種探測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)不同的功能。

SOHO是首當(dāng)其沖的第一顆，1995年12月2日發(fā)射升空，目前仍在服役當(dāng)中。可以毫不夸張地說，在SOHO之前人類從未有過這樣的機(jī)會(huì)，可同時(shí)對(duì)整個(gè)太陽，從內(nèi)到外進(jìn)行如此綜合的探測(cè)。此后2006年發(fā)射的STEREO雙子星，2010年發(fā)射的SDO，一顆又一顆的“大眼睛”，為人類揭示著這個(gè)神秘氣體球的多種面孔。

圖9 SOHO衛(wèi)星對(duì)太陽的探測(cè)

向它們致敬，更向其身后的科學(xué)家們致敬！！！