Home/ 太空科普 / 科普文章 / 太陽風

太空科普 太陽風

作者:陳朝焱
國家太空中心
2020-07-06

太陽不僅發光,也會發風,但是此風非彼瘋

太陽不斷地向外輻射能量,可以分為電磁輻射及粒子輻射。太陽電磁輻射包括波長短於10-12公尺(=1皮米)的加碼射線,到104公尺以上的長波,當然也包括人眼可視的可見光。另一方面,太陽也持續向外輻射電漿粒子,也就是一般人說的太陽風。


太陽風模擬
圖片來源:NASA/GSFC

 

衝擊當時人類的想法,但是它是真的

太陽風的發現,最初是由彗星觀測推測的。彗星在靠近太陽時(約略在木星軌道的距離內),因太陽熱度而長出長長的彗尾,並可達到百萬公里。仔細觀察,彗尾有兩條,一條因為太陽光的輻射壓力(光壓)而產生,並因彗星軌道與移動而呈現彎曲狀,稱塵埃尾;但另一條顏色不同的尾巴,總是反向太陽。因此科學家猜測太陽除了輻射出電磁波,一定還會有什麼神秘的力量從太陽流出,像看不見的風般推著彗尾朝離開太陽的方向。1950年代年英國科學家查普曼(Syendy Chapman)、美國科學家帕克(Eugene Parker)提出太陽風的概念與相關理論模型,並經由20年後所發射的航海家太空船(Voyager)驗證。


鹿林彗星,2009年2月最接近地球。軌道週期估算約42,000年。猜看看,哪個世塵埃尾,哪個是離子尾?
圖片來源:http://sprite.phys.ncku.edu.tw/astrolab/mirrors/apod/image/0902/Lulin2_richins_big.jpg

 

賦予是太陽,催毀也是太陽。好險,地球有一個自然界的生命保溫箱

穩定的太陽風持續以每秒鐘200-800公里的速度,換算時速72萬-288萬公里的速度迎面而來。這些高速的電漿粒子雖然密度不高,但足以導致人造衛星上的精密儀器過載或是損毀;如果直擊地球,會剝蝕地球大氣讓消逝流失;如果直達地表,將摧毀地球所有的生命體。所幸,地球有「磁層」這個隱形的保護層,有如巨大的雨傘在地球前面擋住太陽這個消防栓噴出的太陽風。與太陽風接觸的傘面稱為磁層頂,在一般穩定狀態下大約距離地心10個地球半徑左右。
當太陽出現閃焰或是日冕拋射物質事件,所謂的太陽風暴時,將會出現接近光速的高能電漿,或是濃稠高速的電漿雲往太空拋射。太陽風速度越快、密度越大,磁層頂就會被往地球的方向推擠;因此發生太陽風暴的時,磁層頂有可能退縮到3-5個地球半徑;甚至幾乎消失(卡靈頓事件Carrington Event, 1859)。

 


地球磁層防護罩
圖片來源: https://www.nasa.gov/

參考資料

  • Green, L. (2016). 15 Million Degrees: A Journey to the Centre of the Sun, Penguin UK, ISBN:0241963567, 9780241963562
  • Kallenrode, M. B., Space Physics, Springer, Berlin New York, 1998.
  • Kelly, M. C., and R. A. Heelis, The Earth’s Ionosphere, Plasma Physics and Electrodynamics, Academic Press, San Diego, 1989.
  • Kenneth Davis, Ionospheric Radio, Peter Peregrinus Ltd, London,1990.
  • Ratcliffe, J. A., An Introduction to the Ionosphere and Magnetosphere, 256pp., Cambridge, UK, 1972.