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空间天气有哪些?

  空间天气状态的变化可以分为周期性变化和非周期性变化,平静变化和激烈变化。灾害性空间天气指的是激烈变化的空间天气状态。空间天气在瞬间或者短时间内远远偏离正常状态的带电粒子和电磁场的强烈扰动定义为空间暴,按照空间暴产生的区域主要分为原初暴(即太阳暴)和次生暴(即地球空间暴,包括磁暴、亚暴和电离层暴等)。

  太阳暴

  太阳活动高峰阶段(例如太阳黑子较多的年份),太阳表面产生的剧烈爆发活动称为太阳暴。太阳暴在爆发时释放大量带电粒子所形成的高速等离子体粒子流,将严重影响地球的空间环境,破坏臭氧层,干扰无线通信,影响地球生物,对人体健康也有一定的危害。

  太阳暴主要表现为太阳黑子、太阳风、太阳耀斑、日冕物质抛射、日珥等。

  太阳黑子:是在太阳的光球层上发生的一种太阳活动,是太阳活动中最基本、最明显的。一般认为,太阳黑子实际上是太阳表面一种炽热气体的巨大漩涡,温度大约为4500℃。因为其温度比太阳的光球层表面温度要低1000~2000℃(光球层表面温度约为6000℃),所以看上去像一些深暗色的斑点。太阳黑子很少单独活动,通常是成群出现。黑子的活动周期约为11年,活跃时会对地球的磁场产生影响,主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动,从而造成恶劣天气,使气候转冷。严重时会对各类电子产品和电器造成损害。

  太阳风:是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。对于其他恒星来说,这种带点粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在、来自太阳并以200~800千米/秒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。当该粒子流在地球附近通过时,它将与地球磁场发生作用并在高层大气中产生各种效应。

  太阳耀斑:是一种最剧烈的太阳活动。周期约为11年。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。

  日冕物质抛射:是巨大的、携带磁力线的泡沫状气体在几个小时中被太阳抛射出来的过程。表现为在几分钟至几小时内从太阳向外抛射一团日冕物质(速度一般从每秒几十千米到超过每秒1000千米),使很大范围的日冕受到扰动,从而剧烈地改变了白光日冕的宏观形态和磁场位形。日冕物质抛射是日冕大尺度磁场平衡遭到破坏的产物,日冕物质抛射破坏了太阳风的流动,产生的干扰会影响到地球,甚至引发悲剧结果。日冕物质抛射是太阳系内规模最大、程度最剧烈的能量释放过程。

  日珥:是突出在日面边缘外面的一种非常强烈的太阳活动,是太阳活动的标志之一。通常发生在色球层,它像是太阳面的“耳环”一样。日珥比太阳圆面暗弱得多,在一般情况下被日晕(即地球大气所散射的太阳光)淹没,不能直接看到。因此,必须使用太阳分光仪、单色光观测镜等仪器,或者在日全食时才能观测到。日珥出现时,大气层的色球酷似燃烧着的草原,玫瑰红色的舌状气体如烈火升腾,形状千姿百态,有的如浮云,有的似拱桥,有的像喷泉,有的酷似团团草丛,有的美如节日礼花,而整体看来它们的形状恰似贴附在太阳边缘的耳环,由此得名为“日珥”。

  日珥平均寿命为5分钟。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,而地球的直径不过1.3万千米。

  地球空间暴

  由于太阳爆发或者地球空间自身存储的能量的剧烈释放,使得地球空间的场和粒子处于剧烈的扰动状态,称为地球空间暴。地球空间暴包括磁层亚暴(伴随着地球极区极光突然增强的磁层能量释放过程)、磁暴(全球尺度地球磁场的剧烈扰动)、磁层粒子暴(磁层粒子的突然增强)、电离层暴(电离层等离子体浓度突然增强或减少)和热层暴(高空大气密度和温度突然扰动)等。它们是最主要的灾害性空间天气,也是产生航天器故障、威胁航天员安全、导致通信中断和影响导航与定位精度的主要原因。

  其中,磁暴是全球范围内的地磁场的急骤无规则扰动。当太阳表面活动旺盛,特别是在太阳黑子极大期时,太阳表面的闪焰爆发次数也会增加,闪焰爆发时会辐射出X射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。其中的带电粒子(质子、电子)形成的电流冲击地球磁场。磁暴会增强大气中电离层的游离化,也会使极区的极光特别绚丽。另外,还会严重干扰通讯时的正常讯号,甚至使通讯中断。它也可能使高压电线产生瞬间超高压,造成电力中断,还会对航空器造成伤害。(来源:《气象知识》2011年第五期)

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