太阳大气层和太阳活动以及对地球的影响

太阳大气层和太阳活动以及对地球的影响
太阳大气层和太阳活动以及对地球的影响

太阳大气层和太阳活动以及对地球的影响
太阳的结构从里向外主要分为：中心为热核反应区,核心之外是辐射层,辐射层外为对流层,对流层之外是太阳大气层.
　　太阳大气层犹如罩在太阳身上的外衣,从里向外可分为光球层、色球层和日冕三层,各种太阳活动都在这里进行.
　　光球层
　　平时,我们看到耀眼的太阳,就是太阳大气层中光球层发出的强烈的可见光,太阳的光和热几乎全是从这一层辐射出来的,因而可以说太阳的光谱实际上就是光球的光谱.
　　光球层属太阳大气层中的最低层或最里层,光球层的厚度约500公里,与约700万公里的太阳半径相比,好似人的皮肤和肌肉之比.我们说太阳表面的平均温度约5770摄氏度,指的就是这一层.
　　色球层
　　色球层位于光球层之上,它发出的可见光总量不及光球层的1％,平时由于地球大气把强烈的光球可见光散射开,色球便被淹没在蓝天之中,因此人们平常看不到色球.只有在日全食的时候才有机会直接饱览色球红艳的姿容---暗黑的月球短时间内完全遮掩了眩目的光球层,这时可以看到紧挨着日轮边缘有一段狭窄的圆弧,好似一条玫瑰色的花边； 或者平时用单色光观测,也可看见它是一个非常美丽的玫瑰色的气层,因而得名“色球”.

　　色球层是太阳大气的中层,厚约2000公里.其温度从里向外增加,与光球顶衔接的底部约4500摄氏度,中间约8000摄氏度,而顶部却急剧上升到约10万摄氏度以上.密度则随高度增加而减低.
　　太阳色球是充满磁场的等离子体层.整个色球层的结构不均匀,由于磁场的不稳定性,太阳高层大气经常产生爆发活动,产生耀斑等现象.
　　日冕
　　是太阳大气的最外层.日冕中的物质也是等离子体,它的密度比色球层更低,而它的温度反比色球层高,可达上二百万摄氏度.日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕.
太阳活动是太阳大气中局部区域各种不同活动现象的总称.包括： 　　太阳黑子是太阳活动的基本标志 　　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,
太阳活动
与黑子有密切的关系. 　　谱斑：太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织. 　　太阳风：太阳风形成的带电粒子流造成了地球上的极光 　　耀斑：发出的强大的短波辐射,会造成地球电离层的急剧变化.对人类的影响很大.造成短波通讯中断. 　　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. 　　影响：太阳活动对于地震、火山爆发、旱灾、水灾、人类心脏和神经系统的疾病,甚至交通事故都有关系.因此也形成了太阳活动预报这门学问.
太阳黑子
　　太阳黑子是太阳强烈的磁场活动抑制了对流的作用,因而使得于表面温度相对较低、颜色较暗的区域.黑点的数量关联到太阳辐射的强度,在1980年代,以阿布特、Foukal等人（1977年）意识到辐射的增加值与黑子的关联性,只依据一颗卫星的观测,估计其变异是很小的（只有1 W/m²的等级或总量的0.1%）.雨云7号（在1978年10月25日发射）和太阳极大期任务卫星（1980年2月14日发射）查出,因为围绕黑子周围的区域更加明亮,整体的作用是越多的黑点意味着太阳越明亮. 　　曾有一些建议认为太阳直径的变化也许会导致输出的改变,但是最近的工作,主要是SOHO的米契森多普勒影像仪,显示这种变化量极为微小,大约只有0.001%（Dziembowski et al
太阳活动
., 2001）. 各种各样的研究都应用了黑子数目来进行（因为这项纪录已延续了数百年）做为其他太阳输出活动的代理（因为最好的也只有数十年的观测资料）,同样的,地面仪器与在轨道极高高度上的仪器之间也做了比对和较准.研究人员结合目前的数据和调整历史上的数据,其他代理的资料 － 像是宇宙射线产生的同位素 －被用来推断太阳磁场的活动和可能的亮度. 　　太阳黑子的活动已经使用沃夫数测量了300年之久,这个索引（也称为苏黎世数）使用黑子的数量和群组数量两者补偿在测量上的变化.芬兰Oulu大学的Ilya Usoskin在2003年的研究指出,黑子的活动从1940年代开始比过去的1150年都要频繁.重建太阳黑子的11,400年活动期间,在8,000年前曾经有明显的活跃期.透过树龄学使用放射性碳的浓度变化,已经重建了11,400年的黑子数目.在过去70年的太阳活动水平似乎是异常的,而相似的巨大变化最后一次大约发生在8,000年前.太阳的磁性活动较过去的11,400年高出了大约10%,并且早期的高活动性期间都比现在的事件要短.
太阳周期
　　
太阳活动示意图(5张)　太阳周期是太阳行为上的循环变化,许多可能的模式曾被建立起来,但在观测上只有11年和22年的周期是很清楚的被观察到. 　　11年：最明显的是黑子数量在大约11年的周期中逐渐增加和减少,也因为施瓦贝的观测被称为施瓦贝周期.巴布科模型以磁场的流出和卷入来解释此一周期.当太阳黑子增加时太阳表面的活动也最活跃,然而光度由于明亮的斑点也增加而没有改变(光斑). 　　22 年：海尔周期,因乔治·埃勒里·海耳得名.在每一个施瓦贝周期,太阳的磁场都会扭转,因此磁极要两次扭转之后才会回到相同磁极的状态. 　　87年（70-100年）： 格莱斯堡周期,因沃尔夫冈·格莱斯堡而得名,被认为是施瓦贝11年周期的调幅(Sonnett and Finney, 1990).Braun, et al, (2005). 　　210年：Suess周期 (a.k.a. de Vries cycle). Braun, et al, (2005). 　　2,300 years： 哈尔斯塔周期
对地球的影响
对地球电离层的影响
　　地球大气层在太阳辐射的紫外线、X射线等作用下形成电离层,无线电通讯的无线电波就是靠电离层的反射向远距离传播的.当太阳活动剧烈,特别是耀斑爆发时,在向阳的半球,太阳射来的强X射线、紫外线等,使电离层D层变厚,造成靠D层反射的长波增强,而靠E层、F层反射的短波却在穿过时被D层强烈吸收受到衰减甚至中断,如l970年11月5日长途台曾因此中断2小时；这被称为“电离层突然骚扰”.这些反应几乎与大耀斑的爆发同时出现,因为电磁波的传播速度就是光速,大约8分多钟即可由太阳到达地球表面,所以反应非常快.经过一段肘间以后耀斑产生的带电的高能粒子逐渐到达地球,它们受地球磁场的作用向地磁极两极运动,因而影响极区的电离层,造成高纬度地区的雷达和无线电通讯的骚扰,甚至中断.这被称为“极盖吸收”和“极光带吸收”,它的影响时间较长. 　　整个地球是一个大磁场.地球的北极是地磁场的磁南极,地球的南极是地磁场的磁北极.地极和磁极之间有大约11度的夹角,因此地球的周围充满了磁力线,不同的位置有不同的地磁强度.平时地磁受多方面的影响,会有不同程度的扰动,而影响最大的就是磁暴现象.磁暴一般发生在太阳耀斑爆发后20－40小时,它是地磁场的强烈扰动,磁场强度可以变化很大.这时太阳风速往往增加,并且向太阳一面的磁层顶面可由距地心8－11个地球半径被压缩到5－7个地球半径,磁暴的发生对人类活动,特别对与地磁有关的工作都会受到影响.
对地球气候的影响
　　太阳活动与地球上气候变化的关系也是比较明显的,地球上气候变化与黑子数目变化周期密切相关,可是其具体的作用机制还远远没有搞清楚.世界许多地区降水量的年际变化,与黑子活动的11年周期有一定的相关性.另外,我们只是发现,亚寒带的许多树龄很高的树木,它们的年轮恰恰有着与黑子活动11年周期相对应的、有规律的疏密变化.同时从统计资料中,我们发现凡是黑子活动的高峰年,地球上特异性的反常气候出现的机率就明显地增多；相反,在黑子活动的低峰年,地球上的气候相对就比较平稳.另外地球高层大气的变化也与太阳活动相关.地震、水文、气象等多方面的研究都说明了太阳活动对地球的影响,关于这方面的物理机制还在研究中.
对地球磁场的影响
　　整个地球是一个大磁场.地球的北极是地磁场的磁南极,地球的南极是地磁场的磁北极.地极和磁极之间有大约11度的夹角,因此地球的周围充满了磁力线,不同的位置有不同的地磁强度.平时地磁受多方面的影响,会有不同程度的扰动,而影响最大的就是磁暴现象. 　　太阳大气抛出的带电粒子流,能使地球磁场受到扰动,产生“磁暴”现象,使磁针剧烈颤动,不能正确指示方向.当太阳上黑子和耀斑增多时,发出的强烈射电会扰乱地球上空的电离层,使地面的无线电短波通讯受到影响,甚至会出现短暂的中断.磁暴一般发生在太阳耀斑爆发后20-40小时,它是地磁场的强烈扰动,磁场强度可以变化很大.这时太阳风速往往增加,并且向太阳一面的磁层顶面可由距地心8-11个地球半径被压缩到5-7个地球半径,磁暴的发生对人类活动,特别对与地磁有关的工作都会受到影响.它会使罗盘磁针摇摆,不能正确指示方向,影响到海上航行之船、空中飞行之机、甚至信鸽的飞翔.　 　　在磁暴发生时,高纬度地区常常伴有极光出现.极光常常出现于纬度靠近地磁极地区25度-30度的上空,离地面100-300千米,它是大气中的彩色发光现象,形状不一.常出现极光的区域称为极光区.由于来自太阳活动区的带电高能粒子流到达地球,并在磁场作用下奔向极区,使极区高层大气分子或原子激发或电离而产生光.当太阳活动剧烈时,极光出现的次数也增大. 　　地球两极地区的夜空,常会看到淡绿色、红色.粉红色的光带或光弧,这叫做极光.极光是带电粒子流高速冲进那里的高空大气层,被地球磁场捕获,同稀薄大气相碰撞而产生的. 　　太阳活动对地球的影响太阳活动有时比较平静,有时比较剧烈；太阳有自转,太阳上的活动区有时对向地球,有时又背向地球；地球本身有自转又有公转,因此太阳活动对地球的影响是很复杂的,周期也是各种各样的,如日周期、27天周期、年周期、11年周期等等.这里主要谈耀斑和快速变化的黑子群对地球的影响,小活动造成的影响及平静太阳对地球产生的各种各样的影响就不涉及了. 　　耀斑及黑子对地球的电离层、磁场和极区有显著的地球物理效应.
对航天活动的影响
　　大耀斑出现时射出的高能量质子,对航天活动有极大的破坏性.高能质子达到地球附近肘,特别是容易到达无辐射带保护的极区,会影响极区飞行；如遇卫星则对卫星上的仪器设备有破坏作用；太阳能电地在高能质子的轰击下,性能会严重衰退以至不能工作；如遇在飞船外工作的宇航员将危及生命. 　　太阳活动达到高峰时,地球上太平洋热带及亚热带地区气温升高、海水加速蒸发、西太平洋热带海域的降雨增多,而与此同时,东太平洋热带海域气温降低,这一现象类似于拉尼娜现象.在接下来的一两年中,这一现象又在太阳活动的作用下逐渐演变为一种类似于厄尔尼诺的现象,缓慢移动的洋流带来温暖的海水,取代了东太平洋热带海域温度较低的海水. 　　总的说来,太阳对地球的影响主要体现在四个方面：1.扰动地球上空电离层,影响无线电短波通信；2.扰动地球磁场,产生“磁暴”现象；3.作用于两极高空大气,产生极光；4.影响地球自然环境,产生自然灾害.

总的说来，太阳对地球的影响主要体现在四个方面：1.扰动地球上空电离层，影响无线电短波通信；2.扰动地球磁场，产生“磁暴”现象；3.作用于两极高空大气，产生极光；4.影响地球自然环境，产生自然灾害。