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楼主: henryharry2

[建议] 统一场论(太阳物理)

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 楼主| 发表于 2015-12-12 09:38:47 | 显示全部楼层

太阳的黑子(sun-spots)

为了消除大气层对太阳观测的不利的影响,20世纪60年代以来,空间探测器以及各种探测太阳的人造卫星陆续被发射升空,如太阳辐射监测卫星、轨道太阳观测站、国际日地探险者和太阳风年探测卫星等。这些携带了各类精密仪器的卫星对太阳进行了全方位、多角度的研究,其中包括黑子周期现象,并且获得了很多出色的成果。有了这些卫星的帮助,我们可以比较准确地预报太阳黑子和耀斑的爆发,从而避免磁暴对电子设备的损害。
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 楼主| 发表于 2015-12-12 09:43:23 | 显示全部楼层

日珥与色球

太阳另一个特别有趣的地方就是日珥。我们在研究这个太阳神秘而美丽的部分时曾经有一段很有趣的历史,说到日食时我们将要提到。日珥是从太阳各部分射出来的非常稀薄灼热的大团气体。它们是如此之大,竟使得地球投入其中只能如同一粒沙子投进烛焰一样。它们升起时的速度也非常可观,有时竟高达每秒钟数百千米。它们也同耀斑一样常常在黑子丛生的地带出没,但并不仅限于那些地区。太阳周围的眩目光焰(其实这是由我们地球大气层的折光效果所造成的)使它们绝不可能为肉眼所见,甚至用正规的天文望远镜也不能看见——除非碰到日全食,因为月球的干涉才消去那一层光焰。那时它们就连肉眼也能看见,仿佛是从黑暗的月亮的边上投射出来的火焰。
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 楼主| 发表于 2015-12-12 09:46:27 | 显示全部楼层

日珥与色球

日珥有两种:一是爆发日珥,一是宁静日珥。第一种从太阳上升起时像巨大而翻滚的火浪;另一种却似乎静静地悬在上面,像空中的浮云一样。我们不能确定是什么东西支持着它们,但这大概是太阳光的一种排斥力。
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 楼主| 发表于 2015-12-12 09:49:50 | 显示全部楼层

日珥与色球

光谱的分析告诉我们这些日珥是由氢、钙以及少量其他元素构成的。它们的红色是由于含有大量的氢元素。更进一步的研究又告诉我们,日珥与布满于光球上的薄气层有关。这薄气层就叫做“色球”(chromo-sphere),因为它有和日珥一样的深红色——从这一点可以得知,同日珥一样,色球由和日珥基本类似的元素组成,其主要成分也是氢。
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 楼主| 发表于 2015-12-12 09:59:19 | 显示全部楼层

太阳风

人们很早以前就发现彗星的尾巴总是背向太阳,于是猜想这大概是从太阳“吹”出来的某种物质造成的,直到1958年才通过人造卫星上的粒子探测器探测到了太阳上有微粒流射出。美国的帕克给它取名为“太阳风”。太阳风是从太阳大气最外层的日冕向空间持续抛射出来的物质粒子流。这种微粒流是从日冕的冕洞中喷射出来的。
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 楼主| 发表于 2015-12-12 10:03:23 | 显示全部楼层

太阳风

经过长期的观测,我们发现太阳风的主要成分是质子、电子和氦原子核。其中质子约占91%,氦核约占8%,此外还含有微量的电离氧、铁等元素。其密度则随时变化。
太阳风有两种。一种是“宁静太阳风”,它是粒子持续不断地被辐射出来,速度较小,在飞到地球附近时,平均速度约为每秒450千米,粒子含量也比较少,每立方厘米含质子数为1~10个。
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 楼主| 发表于 2015-12-12 10:18:03 | 显示全部楼层

太阳风

另一种太阳风是“扰动太阳风”,它是在太阳活动剧烈时辐射出来,速度比较大。在飞到地球附近时,速度可达每秒2000千米,粒子含量也比较多,每立方厘米含质子数约为几十个。它对地球的影响很大,当它抵达地球时,往往引起很大的磁暴与强烈的极光,同时骚扰电离层,极大地干扰了靠电离层反射传播的短波通信。
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 楼主| 发表于 2015-12-15 13:38:03 | 显示全部楼层

白光耀斑的发射机制

白光耀斑的发射机制尚未弄清。白光增亮与太阳脉冲式硬X射线爆发﹑太阳远紫外线爆发以及太阳射电爆发几乎同时发生﹐因此﹐一般认为白光发射可能是太阳的中层和高层大气(色球和日冕)的耀斑区中由粒子加速过程产生的高能粒子流造成的。很可能是能量在10~100 兆电子伏的粒子流贯穿到太阳低层大气(光球)并与光球的稠密气体碰撞而产生白光发射。
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发表于 2015-12-15 16:19:39 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2015-12-19 04:45:11 | 显示全部楼层

恒星能量的源泉

要理解这点,就要考虑恒星中心深处的情形。只有一颗恒星允许我们做近距离研究,那就是太阳。太阳,像所有普通恒星一样,是个白热的大气体球,是可以吞没100万个地球这么大的球体。它的表面温度有5600℃,而在核心产生能量的地方,温度高达1500万摄氏度。我们无法看到太阳内部较深的地方,但可以检测它的构成。我们建立的数学模型可以做到符合观测结果,所以才确信对于核心温度的预测。占太阳质量70%的物质是氢,这也是它的燃料,和原始恒星的情况一样。
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 楼主| 发表于 2015-12-22 05:38:35 | 显示全部楼层

白光耀斑的描述

白光耀斑通常与大耀斑对应﹐大多数也是发射高能粒子流﹑远紫外射线﹑硬 X射线(有时还有γ射线)以及强射电爆发的质子耀斑或宇宙线耀斑。也有一块或多块的﹐每块亮区大小约为10米量级﹐其位置与典型的双带耀斑中的双带重合﹐而且分别位于黑子区磁场中性线(见磁合并)的两边﹐但靠得很近﹐形状很像是跨越中性线的磁流管的根部。
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 楼主| 发表于 2015-12-25 07:17:03 | 显示全部楼层

夫琅和费暗线

1812年,德国物理学家夫琅和费(Fraunhofer,Joseph Von1787~1826)在测试他用玻璃制造的棱镜时,发现了太阳光谱中的暗线,由此,开始了对太阳吸收光谱的研究。夫琅和费所观察到的太阳光谱暗线共576条,统称为夫琅和费暗线。他把其中比较明显的暗线用字母加以标识,并应用衍射原理计算出这些暗线对应的波长。他首次使用光栅作为色散装置,并注意到一些其它恒星光谱中暗线的位置并不完全与太阳的相同,但这一发现并未引起当时人们的重视。
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 楼主| 发表于 2015-12-27 04:44:49 | 显示全部楼层

空间观测

从20世纪60年代开始,一系列空间观测揭示了太阳与日球空间的新面貌。如1962—1975年美国的OSO 1-8系列卫星,1973-1974年运行的Skylab卫星,1980年的SMM卫星,1991年美国的伽马暴探测卫星CGRO/BATSE等。1960年发现太阳5分钟振荡并导致十余年后日震学的确立与发展;1962年确认太阳风;1971年发现CME;1968-1977年初步建立耀斑标准模型;1983年发现过渡区爆发现象,并证实它源于低层大气磁场重联;基于光球层矢量磁场观测的日冕磁场外推方法陆续被提出,MHD数值模拟工作得到发展。
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 楼主| 发表于 2015-12-29 06:34:02 | 显示全部楼层

太阳低层大气里的炸弹

太阳大气中小尺度的能量剧烈释放的现象曾被称为炸弹或者爆炸(bomb)。比如所谓埃勒曼炸弹,指的就是太阳光球中局地能量释放导致6千度的物质被加热到1万度左右的小尺度现象。IRIS的观测表明,光球中的小尺度(大约1千公里)爆炸事件可以将物质加热到10万度,以往从来没发现光球中存在如此高温的物质。有意思的是,位于光球之上的色球并没有受到这种爆炸太大的影响,而只是被爆炸产生的巨大冲击力往外推了一下。我们对这种小型炸弹所产生的能量做了一个粗略的估计,其释放的能量相当于一个中等耀斑释放的能量,也相当于数万次强火山爆发的总能量。
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 楼主| 发表于 2016-1-3 06:02:42 | 显示全部楼层

太阳大气

太阳大气从里往外分别是光球、色球、过渡区和日冕。其中光球大约六千度,物质基本处于中性状态。日冕约一百万度,在如此高的温度下,几乎所有的日冕物质都被电离了。而介于二者之间的色球和过渡区被统称为界面层。其中色球温度在一万度左右,只有少数物质被电离了;而过渡区的温度从两万度急剧增加到近百万度,大气密度也从里往外急剧下降。在色球或者过渡区的图像中,辐射比较强的地方连成了一个网络状的结构,这种所谓网络组织是界面层的主要结构。这些网络组织对应宁静太阳中磁场比较强的位置。
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 楼主| 发表于 2016-1-6 04:10:02 | 显示全部楼层

四个最主要的科学问题

太阳大气研究领域大体上有四个最主要的科学问题:日冕加热,太阳风起源,太阳爆发,太阳磁场。日冕加热指的是为什么日冕的温度那么高。太阳风是从太阳往外辐射的带电粒子,是太阳到地球的广袤空间的基本介质,其从太阳上起源的具体机制还没有得到充分理解。太阳爆发是太阳的电磁和粒子辐射突然大大增强的现象,可以引发地球磁场和地球高层大气的剧烈扰动,从而影响甚至破坏现代社会中众多的高技术系统。
太阳界面层在理解这三个重大科学问题中占据了重要地位。因为日冕的物质和加热日冕的能量都需要经由界面层,界面层被认为是太阳风起源的层次,对界面层结构演化的研究有助于我们理解太阳爆发的机制。
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 楼主| 发表于 2016-1-11 05:01:55 | 显示全部楼层

太阳大气中的喷泉

研究太阳大气的人大多知道太阳上偶尔会有笔直往外喷射的喷流(jets)。IRIS发现在太阳界面层的网络组织里,充满了间歇性的极高速度(多数在每秒80-250公里之间)的小尺度(宽度小于300公里)喷流,这些喷流是迄今在界面层里发现的最高速度的喷流,其观测到的速度远远超过当地的音速(每秒40公里左右)。这些喷流发生的频率非常高,大约每隔几分钟就从网络组织中大体上同一个地方重新喷一次。
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 楼主| 发表于 2016-1-12 09:02:59 | 显示全部楼层

太阳风的起源

这一发现对于太阳风的起源有重要意义。太阳界面层里的网络组织在过去被认为是太阳风起源的区域,在现有的主流太阳风模型中,界面层里物质外流速度一般都只有每秒几公里,而且这些流动是稳定的连续不停的。一个很自然的问题就是:我们发现的这些间歇性出现的喷流是否是初始状态的太阳风。如果答案是肯定的,那么很显然,现有的太阳风模型需要更新,需要重现出间歇性产生的太阳风。即使这么普遍的喷流不是初始的太阳风,太阳风模型至少要细致地分析它们与尚未被直接观测到的初始太阳风之间的相互作用,评估他们对初始太阳风的物质和能量供应的贡献,因为IRIS的观测表明,这些喷流是太阳风源区最明显的动态现象。
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 楼主| 发表于 2016-1-17 04:27:35 | 显示全部楼层

光斑

光斑是与太阳黑子相反的一种光球现象,温度约比光球高1000℃,在日面边缘部分所看到的微弱明亮区域就是光球光斑。谱斑出现在色球中,位于光斑之上,也称为色球光斑,用单色光可以在日面任何部分都可以观测到谱斑。光斑和谱斑都与太阳黑子有着密切的关系,它们常常相互伴随,有着11年周期的变化。一般情况下,光斑和谱斑的出现,意味着即将有黑子群出现日珥和暗条。
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 楼主| 发表于 2016-1-18 04:44:04 | 显示全部楼层

日珥

氢是太阳大气中最丰富的元素,而且这条谱线位于可见光区。当我们仔细观测日面边缘——色球层时,会发现它不是均匀的一层,而是有着迅速变化的多种精细结构,就象一个燃烧的大草原,有的呈流烟状,有的呈环状,这就是通常所说的日珥。日珥可分为宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类。宁静日珥变化缓慢,可在日面存在几天甚至几十天。活动日珥总在不停地变化,它们像喷泉一样从日面喷出来,又慢慢地落回到日面。爆发日珥以每秒几百千米的速度,将物质喷发到几十万甚至上百万千米的高空,蔚为壮观。日珥在日面上的投影称为暗条,当暗条随着太阳自转到日面边缘时,就可以观察到日珥了。
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