日地關(guān)系jinghairong.ppt

1、,太陽(yáng)-地球-人類 日地空間環(huán)境,北京天文館 景海榮博士 Tel: 51583068 Mail: ,一、 太陽(yáng)概況 二、太陽(yáng)的結(jié)構(gòu) 三、太陽(yáng)活動(dòng) 四、日地關(guān)系 五、研究意義,一、 太陽(yáng)概況 1、太陽(yáng)是銀河系中一顆普通的恒星，距離銀河系的中心約3萬(wàn)光年，公轉(zhuǎn)周期約2億年，目前位于主序階段，已有50億年的歷史；估計(jì)其壽命還有50億年(到白矮星階段) ； 2、日地平均距離 1億5千萬(wàn)公里； 3、太陽(yáng)的半徑為 6.96*105公里（69萬(wàn)6千公里）；是地球半徑的109倍，它的體積約為地球體積的130萬(wàn)倍；,4、太陽(yáng)的質(zhì)量1.989*1030 kg，是地球質(zhì)量的33萬(wàn)倍（地球質(zhì)量為5.97*1024 k

2、g)； 平均密度1.408g/cm3；表面重力加速度274m/s2 5、地球接收太陽(yáng)總輻射能的22億分之一。 6、太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)在兩極和赤道不同，赤道區(qū)轉(zhuǎn)速快，極區(qū)轉(zhuǎn)速慢，在赤道處自轉(zhuǎn)周期約25天，極區(qū)約29天，稱為較差自轉(zhuǎn)。 測(cè)量方法：天體測(cè)量學(xué) 如：距離：雷達(dá)、三角視差、紅移等 質(zhì)量：萬(wàn)有引力定律,太陽(yáng)自轉(zhuǎn)情況：紅色表示轉(zhuǎn)速快，蘭色表示轉(zhuǎn)速慢。,二、太陽(yáng)的結(jié)構(gòu) 1、核反應(yīng)區(qū)（0-0.25R) : 太陽(yáng)能量的主要來(lái)源，產(chǎn)能機(jī)制是氫聚變?yōu)楹さ臒岷朔磻?yīng)，中心區(qū)溫度1500萬(wàn)度，質(zhì)量占太陽(yáng)總質(zhì)量的一半以上; 2、輻射區(qū)（0.25-0.75R) ：核反應(yīng)區(qū)的能量以輻射的形式向外傳送，溫度下降一個(gè)量級(jí);

3、3、對(duì)流層（0.75-1R) ：太陽(yáng)物質(zhì)上下翻滾，形成湍流，以物質(zhì)對(duì)流的形式向外傳能，對(duì)流運(yùn)動(dòng)本身以米粒和超米粒的形式在表面表現(xiàn)出來(lái)，溫度又下降一個(gè)量級(jí);,4、光球?qū)? 人眼所看見的明亮圓盤，溫度5770K，太陽(yáng)的可見光絕大部分從這里發(fā)出，厚度約500公里； 5、色球?qū)樱汗馇驅(qū)又虾窦s2000公里的太陽(yáng)大氣，在日全食或用色球望遠(yuǎn)鏡可見，其溫度又開始上升； 6、日冕區(qū)：太陽(yáng)的外層大氣，沒(méi)有明顯的外邊界，日全食時(shí)可見，溫度達(dá)到百萬(wàn)度。,觀測(cè)、分析獲得結(jié)果 太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀測(cè)手段：日震學(xué) 太陽(yáng)表面的震蕩,三、寧?kù)o太陽(yáng) 基本上是一顆球?qū)ΨQ和穩(wěn)定的恒星， 她是時(shí)間上穩(wěn)定、空間上球?qū)ΨQ和均勻地向四面八方輻

4、射的。其物理性質(zhì)在空間上只隨日心距變化，在同一半徑的球?qū)又形锢硇再|(zhì)是相同的。,三、太陽(yáng)活動(dòng) 1、太陽(yáng)黑子：光球面上經(jīng)常出沒(méi)的暗黑斑點(diǎn)；因溫度相對(duì)較低而顯得黑（約4500度），太陽(yáng)黑子的本質(zhì)是太陽(yáng)上的磁場(chǎng)聚集區(qū)。 小黑子的線度只有幾百公里，而大黑子可達(dá)20萬(wàn)公里，黑子的壽命從幾分鐘到幾個(gè)月不等。 黑子多出現(xiàn)在低緯度區(qū)，經(jīng)常成對(duì)或成群出現(xiàn)，黑子群中一般有兩個(gè)主要黑子，它們的極性相反，前面的稱為前導(dǎo)黑子（西邊），后面的稱為后隨黑子，前導(dǎo)黑子距太陽(yáng)的赤道較近。 太陽(yáng)黑子數(shù)的變化有11年的周期性，其在日面緯度上的分布也有11年的變化周期。,磁場(chǎng)聚集區(qū)為什么溫度較低？ 兩種解釋：a、磁流管組成的磁場(chǎng)區(qū)部分

5、地仰制了對(duì)流，致使對(duì)流層中的能量不能充分向上傳輸，造成黑子溫度比周圍低；b、阿爾文波帶走了能量 太陽(yáng)上幾乎所有的活動(dòng)都是由于太陽(yáng)黑子引起的。,2、太陽(yáng)耀斑：鄰近黑子上方的突發(fā)明亮物，是太陽(yáng)大氣中的一種不穩(wěn)定過(guò)程，它在短時(shí)間（幾分鐘到十幾分鐘）內(nèi)釋放大量的能量，引起局部區(qū)域瞬時(shí)加熱和各種電磁輻射及粒子輻射突然增強(qiáng)，又稱色球爆發(fā)。 一次大的耀斑爆發(fā)所釋放的能量相當(dāng)于上百億枚百萬(wàn)噸級(jí)氫彈的爆炸所釋放的能量 白光耀斑： 較為少見的太陽(yáng)劇烈活動(dòng)現(xiàn)象，可直接觀測(cè)； X射線耀斑 、質(zhì)子耀斑 耀斑的出現(xiàn)頻度和黑子數(shù)有關(guān)，即在太陽(yáng)活動(dòng)豐年耀斑活動(dòng)頻繁。,TRACE衛(wèi) 星在空間觀 測(cè)到的2000 年7月14日 大

6、耀斑紫外 線資料編輯 的電影。,這是歐洲宇航局和美國(guó)國(guó)家航空航天局聯(lián)合發(fā)射的SOHO衛(wèi)星得到的2000年7月14日大耀斑的遠(yuǎn)紫外線觀測(cè)資料。,3、日珥：突出在日面邊緣的白熾氣體噴射物，形狀似耳，高度可達(dá)幾十萬(wàn)公里； 寧?kù)o日珥：懸浮于色球上的日冕區(qū)，可保持幾天到幾周的時(shí)間； 爆發(fā)日珥：激烈活動(dòng)的日珥，持續(xù)時(shí)間為幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)。 暗條：日面中心的日珥。 日珥的形成也和黑子密切相關(guān),4、日冕物質(zhì)拋射（CME)：突發(fā)的、持續(xù)時(shí)間為幾十分至兩小時(shí)的物質(zhì)拋射。 日冕物質(zhì)拋射和太陽(yáng)耀斑及爆發(fā)日珥有關(guān)，但它們也能夠獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)的頻度也和黑子活動(dòng)周有關(guān)。,2000年7月14日發(fā)生的日冕物質(zhì)拋射。,2002

7、-1-4,2002-1-4,5、冕洞：日冕上形狀不規(guī)則的黑暗區(qū)域，它和日冕上的磁場(chǎng)開放區(qū)有關(guān)，多出現(xiàn)在極區(qū)，存在時(shí)間較長(zhǎng)（幾個(gè)月），是強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)的風(fēng)源。,6、太陽(yáng)風(fēng)：日冕拋向行星際空間的粒子流。由于日冕處于膨脹狀態(tài)，因而，無(wú)論是否存在太陽(yáng)活動(dòng)，都有穩(wěn)定的太陽(yáng)風(fēng)流出（320-710公里/秒），一般情況下太陽(yáng)風(fēng)的平均流速為450公里/秒。 太陽(yáng)風(fēng)暴：太陽(yáng)活動(dòng)（耀斑、爆發(fā)日珥、日冕物質(zhì)拋射等）所引起的高速、高密粒子流。,四、日地關(guān)系 太陽(yáng)活動(dòng)所產(chǎn)生的各種電磁輻射和粒子流對(duì)地磁場(chǎng)、地球大氣以及氣候變化所產(chǎn)生的影響。 太陽(yáng)賜給 地球生命,對(duì)流層 10C,對(duì)流層頂 -50C,平流層,臭氧層 -10C,中間層

8、 -80C,電離層 0C,D,D70-90,長(zhǎng)波,E100-120，中波,F160-450，短波,地球表面的平均氣溫是攝氏14度，如果沒(méi)有大氣，則為-21度。 對(duì)流層主要通過(guò)地面的紅外輻射加熱，所以對(duì)流層的溫度隨著高度降低；臭氧層吸收太陽(yáng)的紫外輻射，因此溫度升高；高度再增長(zhǎng)時(shí)，溫度下降；到達(dá)電離層時(shí)，由于吸收太陽(yáng)的x射線，溫度又迅速升高，最高溫度可達(dá)攝氏1100度。電離層之外是地球的外層大氣，延伸到地球外2-3千公里。,太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球的影響 地球磁場(chǎng)地球的保護(hù)衣。,自轉(zhuǎn)軸,磁軸,磁鞘,磁層頂,地磁暴：地球磁場(chǎng)的強(qiáng)烈擾動(dòng)。地磁暴的形成是由太陽(yáng)活動(dòng)產(chǎn)生的高速太陽(yáng)風(fēng)壓縮地球磁層引起的，是磁層把從太陽(yáng)

9、風(fēng)捕獲的能量在自身內(nèi)部進(jìn)行釋放的過(guò)程。 磁層的擾動(dòng)影響與其相連的地球電離層和地層大氣，使整個(gè)地球大氣層都發(fā)生相應(yīng)的擾動(dòng)。,1、地球磁場(chǎng)變化引起羅盤失靈，影響飛機(jī)船舶航行及雷達(dá)的正常工作；同時(shí)地磁場(chǎng)的變化也會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)及輸油管道的正常工作產(chǎn)生影響，因?yàn)閺?qiáng)烈的磁暴在閉合導(dǎo)電回路中產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電流，使輸電線路發(fā)生故障。 2、太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)電離層的擾動(dòng)影響無(wú)線電通訊。電離層（70-400公里）是由于太陽(yáng)輻射引起地球大氣分子電離產(chǎn)生的，太陽(yáng)輻射的變化將引起電離層的變化。 無(wú)線電波是通過(guò)電離層的反射而傳播的，電離層的運(yùn)動(dòng)和變化增加了傳播信號(hào)的噪聲，低層（D）的吸收降低信號(hào)的強(qiáng)度。,夜晚的短波通訊效果比白天好

10、。（穩(wěn)定） 正常情況下，電離層中的擾動(dòng)幅度較小，不會(huì)對(duì)通訊產(chǎn)生太大影響，但太陽(yáng)活動(dòng)造成的電離層狀態(tài)突變會(huì)使通訊中斷。 3、太陽(yáng)活動(dòng)所產(chǎn)生的高能粒子流對(duì)宇航員及衛(wèi)星系統(tǒng)造成危害。 4、極光現(xiàn)象：常出現(xiàn)與地磁極附近大氣中的彩色發(fā)光現(xiàn)象。來(lái)自太陽(yáng)的高能粒子流在地磁場(chǎng)的作用下，沿磁力線飛向極區(qū) ，使高層大氣中的分子或原子激發(fā)或電離而產(chǎn)生。,5、太陽(yáng)活動(dòng)和地球氣候變化的關(guān)系 大量的統(tǒng)計(jì)資料表明，太陽(yáng)活動(dòng)和地球氣候變化具有相關(guān)性。 三個(gè)因素： 太陽(yáng)總輸出能量的變化（一個(gè)黑子周期間變化幅度小于0.1%。太陽(yáng)常數(shù)-垂直太陽(yáng) 方向單位面積上在單位時(shí)間接收到的太陽(yáng)輻射能。約為1.96卡(厘米2分鐘=1.37千瓦/

11、米2)）； 紫外和遠(yuǎn)紫外輻射的變化； 太陽(yáng)風(fēng)和磁場(chǎng)的變化。,太陽(yáng)活動(dòng)中紫外和遠(yuǎn)紫外輻射的變化很大。太陽(yáng)電磁輻射對(duì)地球表面和大氣層的加熱，形成了大氣層的溫度垂直分布結(jié)構(gòu)和大氣環(huán)流，尤其是在對(duì)流層中造成了各種復(fù)雜的大氣現(xiàn)象。太陽(yáng)電磁輻射中，波長(zhǎng)短于1400埃的紫外部分，是造成地球大氣電離層和臭氧層的主要電離源。這些輻射會(huì)引起地球上層大氣的擾動(dòng)及臭氧層的變化。 太陽(yáng)活動(dòng)產(chǎn)生的高速太陽(yáng)風(fēng)擾動(dòng)地球磁場(chǎng)產(chǎn)生磁暴，加熱高層大氣，引起氣壓的變化，產(chǎn)生大氣環(huán)流，導(dǎo)致氣候的變化。,The Earths rotation,twists the convection currents to establish glo

12、bal atmospheric circulation patterns.,The Earths rotation,6、某些細(xì)菌和微生物的活動(dòng)也可能受太陽(yáng)輻射的制約； 某些疾病如流行性感冒，心血管疾病等也與太陽(yáng)黑子數(shù)有關(guān)； 7、樹木生長(zhǎng)的年輪圈的疏密情況明顯地呈現(xiàn)11年的周期性，主極大對(duì)應(yīng)于活動(dòng)的峰年。 太陽(yáng)峰年地面上的紫外線有多少？,8、太陽(yáng)活動(dòng)和地震有關(guān)嗎？ 地震：地球板塊的錯(cuò)動(dòng)、斷裂及滑動(dòng)等。 大量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，地震也呈現(xiàn)11年和22年的活動(dòng)周期，與黑子活動(dòng)有關(guān)。根據(jù)地磁擾動(dòng)進(jìn)行地震預(yù)報(bào)也取得了一定的成功。原因何在？,太陽(yáng)活動(dòng)發(fā)出的大量輻射和帶電粒子流使地磁場(chǎng)受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，磁暴可在地殼

13、中產(chǎn)生力的作用，成為地震的導(dǎo)火索。 太陽(yáng)耀斑觸發(fā)了地震，高能粒子形成潮汐一樣的能量波，其中的甚低頻輻射使已積聚巨大應(yīng)力的斷層發(fā)生共振。,五、研究意義 1、太陽(yáng)活動(dòng)預(yù)報(bào) 2、開發(fā)利用太空 衛(wèi)星：偵察、氣象、資源、通訊、導(dǎo)航 空間站、空間望遠(yuǎn)鏡等 空間太陽(yáng)能發(fā)電站 無(wú)線能量傳輸 3、探索宇宙奧秘 各種宇宙飛船 我國(guó)太陽(yáng)研究簡(jiǎn)介,歷史上若干重大空間災(zāi)害性事件 1958年2月9-10日，地磁暴造成北大西洋電報(bào)電纜中斷，多侖多停電； 1972年8月4日，強(qiáng)磁暴使美國(guó)伊力諾斯等州電力電纜中斷，變壓器損壞； 1979年3月，對(duì)越自衛(wèi)反擊戰(zhàn)時(shí)，大耀斑導(dǎo)致部隊(duì)無(wú)線通訊完全中斷； 1989年3月13-14日，強(qiáng)磁暴造成加拿大魁北克地區(qū)電網(wǎng)停電；全球無(wú)線電通訊受到干擾，日本一顆通訊衛(wèi)星異常；美國(guó)一顆衛(wèi)星軌道下降；,1990年太陽(yáng)峰期，高能粒子造成我國(guó)風(fēng)云-IB氣象衛(wèi)星提前報(bào)廢； 1991年4月29日，強(qiáng)磁暴發(fā)生后使美國(guó)緬因州核電廠發(fā)生災(zāi)難性破壞； 1997