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阅读 4024 次 历史版本 2个 创建者:lzj (2009/12/25 15:10:57)  最新编辑:破军 (2011/11/25 14:41:25)
太阳圈
同义词条:日球
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太阳圈的示意图
太阳圈的示意图
  太阳圈也称为日球,是太阳风吹入星际物质(由银河系渗入的)的空间中造成的气泡。虽然来自星际空间的中性原子可也以渗入这个气泡,但实际上在太阳圈中主要的物质都是来自太阳本身的。

  在最初的一百亿英里的半径内,太阳风以每小时百万公里的速度移动。 当他开始与星际物质碰撞时与在停止之前,他的速度已经降至亞音速。太阳风的速度降为亞音速之处称为终端激波;与星际物质达到平衡之处称为太阳层顶(heliopause);星际物质,以相反的方向运动,与太阳圈碰撞使得速度降至亞音速之处,会产生弓形激波 。  
 

太阳风


  太阳风中包含的微粒有来自日冕离子和由微粒携带的场,特别是磁场。当太阳以大约27天的周期自转时,磁场也跟随着太阳风缠绕成螺旋线。 太阳磁场的变化也随着太阳风向外传送,并且在地球自己的磁气层内造成磁暴

  在2005年3月,装置在SOHO卫星上的太阳风各向异性仪(SWAN)的报告显示,原本应该被太阳风的微粒填满的太阳圈,藉以阻挡来自太阳系外的星际介质,在周围的区域已经有星际介质渗入,而且可能在银河系区域性的磁场作用下产生了变形,成为非轴对称的形状。  

结构 

太阳圈电流片

在木星轨道外的太阳圈电流片
在木星轨道外的太阳圈电流片

  太阳圈电流片是转动的太阳磁场在太阳圈内创造出来的涟漪。延伸在太阳圈中,被认为是太阳系内最大的结构,类似芭蕾舞的女舞者舞动中的裙摆。  

外围的结构


  太阳圈的外围结构取决于太阳风和星际空间风的作用。太阳风由太阳的表面向四面八方流出,在地球附近的速度大约是每秒数百公里(大约是时速一百万英里)。在远离太阳的某个距离上,至少超越过海王星的轨道,这股超音速的气流必然会减速并遭遇到星际介质。在这儿有几个阶段将发生:

  1、在太阳系内,太阳风以超音速的速度向外传送。在产生终端激波时,一种停滞的激波,太阳风的速度降低至音速(大约340米/秒)之下,成为亞音速。

  2、一旦低至亞音速,太阳风也许会受到周围星际介质的流体影响,压力导致太阳风在太阳后方形成像彗星的尾巴,称为日鞘(heliosheath)。

  3、日鞘的外层表面,也就是太阳圈与星际介质遭遇的表面,称为太阳层顶。这是整个太阳圈的边缘。

  4、当太阳环绕银河中心运转时,太阳层顶造成星际介质的动荡。在太阳层顶之外的弓形激波,是因为往前推进的太阳层顶施加在星际介质上的压力造成的扰动区域。  

终端激波


  终端激波是太阳风因为与当地的星际介质产生交互作用而减速至亞音速的场所。太阳风通过终止激波引起密度压缩、加热和磁场的变化。终端激波的位置相信在距离太阳75至90天文单位之间,并被旅行者号飞船所证实。终端激波到太阳的距离受到耀斑活动的影响,这是从太阳抛出的气体和尘埃的变化。
在对数尺度下向外延伸的太阳系,显示出太阳圈、奥尔特云和半人马座α
在对数尺度下向外延伸的太阳系,显示出太阳圈、奥尔特云和半人马座α

  激波是因为太阳风中的微粒速度来自于太阳,大约为400公里/秒,但音速(在星际介质内)仅有100公里/秒(正确的速度取决于密度和不可忽视的变动)。星际介质的密度虽然很低,但还是有一定的压力存在;来自太阳风的压力随着距离平方的反比而减弱,一但离开太阳的距离够远时,来自星际介质的压力变足以减缓太阳风的速度至音速以下时,就形成了激波。

  其它形式的终端激波能在地球的系统内看见,或许最容易观察到的就是流水进入水槽中的拍打水槽底部造成的水的跃迁(Hydraulic jump)。在击中水槽的底部时形成浅的水盘,但水的流速高于该处的波速,于是迅速的分流使水滴溅起(类似于稀薄的、超音速的太阳风)。在浅盘的周围,形成激波前缘或水墙,在激波前缘之外,水的运动速度低于该处的波速(类似于亞音速的星际介质)。

  从太阳再往外,跟随在终端激波后的是太阳层顶(Heliopause),是太阳风的微粒因星际介质而停滞不前之处,然后来自星际介质的弓形激波通过这些微粒就不再会活跃了。

  在2005年5月美国地球物理联合会的会议上,艾登·史东博士以航海家1号太空船在2004年12月,距离太阳94天文单位处磁场读数的变化做为证据,证明它通过了终端激波。相对的,航海家2号在2006年5月,距离太阳只有76天文单位处,开始侦测到返回太阳系的微粒。这暗示了太阳层顶的外形可能是不规则的,在北半球是像外凸起的,而南半球则受到像内的挤压。  

日鞘


  日鞘是太阳圈的终端激波外面的区域,太阳风在此处因为与星际介质的交互作用,因而减速、压缩和产生湍流。此处与太阳最接近的距离大约在80至100天文单位;然而,日鞘的形状在空间中像彗星的彗发,尾迹在相对于太阳运动的路径上,会比朝向太阳运动的方向长了数倍。在它的迎风面,厚度估计在10至100天文单位之间。航海家1号和航海家2号目前的任务就包括对日鞘的研究。 

太阳层顶


  太阳层顶是来自太阳的太阳风受到星际介质阻挡而停止之处;此时太阳风的强度不足以推挤开来自周围恒星的恒星风。他经常被认为是太阳系最外面的边界。
太阳层顶
太阳层顶

  根据一种假说,认为在太阳层顶和弓形激波之间存在着热的氢气,称为氢墙。这道墙是星际介质与太阳圈边缘互动的区域。

  另外的假说则认为太阳层顶在太阳系朝银河系内运动的方向上比较小。它也许会随着太阳风的速度和所在之处的星际介质密度而变化;并确定是远在海王星轨道之外。现仍在执行任务的航海家1号和航海家2号太空船,仍在研究终端激波、日鞘和太阳层顶。至今,航海家1号到达了终端激波,而根据NASA的报告,航海家2号也在2006年5月23至24日之间接近了。[8]这两个任务也被期望最后能抵达太阳层顶。与此同时,预定在2008年发射的星际边界探险号(IBEX)任务,企图在两年内取得太阳层顶的影像。

  当太阳散发出的微粒碰到星际介质时,它们减速并释放出部分的能量时,许多微粒堆积和围绕在太阳层顶的附近。它们的负加速度和高能量创造了激波。

  另一种可供选择的定义是:太阳层顶是太阳系磁场的磁层顶和银河系的等离子流交会之处。  

太空船的探测


  精确的日鞘形状和距离迄今仍不能决定,行星际太空船,像先驱者10号、先驱者11号、旅行者1号和旅行者2号都朝向太阳系的边缘前进,最终都将穿越日球层顶。

  在2005年5月,旅行者1号被宣布已经在2004年12月,在85天文单位的距离上越过终端激波进入日鞘。在相对方向上的旅行者2号,在2006年5月当她距离太阳只有76天文单位时,因为侦测到返回的微粒,也被认为越过了终端激波。这暗示太阳圈的形状也许是不规则的,在太阳的北半球向外凸起,而南半球被向内挤压。

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