太阳系中的有趣科学

周煦之 田晖

目录

  • 1 引言
    • 1.1 太阳系天体概览
    • 1.2 行星的运动
    • 1.3 日心说的提出
    • 1.4 太阳系各大行星运行规律
  • 2 行星轨道与万有引力
    • 2.1 谷神星的故事
    • 2.2 海王星的故事
    • 2.3 冥王星的故事
    • 2.4 三体问题
    • 2.5 混沌系统
    • 2.6 拉格朗日点
  • 3 万有引力的梯度:潮汐
    • 3.1 潮汐力与洛希极限
    • 3.2 潮汐锁定
    • 3.3 逆行的海卫一(Triton)
    • 3.4 火星的卫星们(Phobos & Deimos)
    • 3.5 木星系与潮汐
  • 4 逐梦火星
    • 4.1 火星的早起观测
    • 4.2 火星的温度和大气成分(一)
    • 4.3 火星的温度和大气成分(二)
    • 4.4 第一次成功飞越火星
    • 4.5 第一次成功环绕火星(一)
    • 4.6 第一次成功环绕火星(二)
    • 4.7 登陆火星
    • 4.8 火星上的“蓝莓”
    • 4.9 火星上的水
    • 4.10 寻找火星表面的液态水
  • 5 温室效应与冰室效应
    • 5.1 火星大气逃逸(一)
    • 5.2 火星大气逃逸(二)
    • 5.3 金星大气的演化
    • 5.4 土卫六勘测
    • 5.5 火星地球化(一)
    • 5.6 火星地球化(二)
    • 5.7 金星地球化
  • 6 外太阳系
    • 6.1 向外太阳系进发
    • 6.2 日球层
    • 6.3 木星系
    • 6.4 土星系(一)
    • 6.5 土星系(二)
    • 6.6 天王星系与海王星系
  • 7 行星磁层与辐射带
    • 7.1 木星的发现与认识
    • 7.2 土星与天王星
    • 7.3 电离辐射
    • 7.4 宇宙射线
    • 7.5 范艾伦辐射带
    • 7.6 木星辐射带
    • 7.7 天王星季节
    • 7.8 各天体的物质构成
    • 7.9 木星的成分
    • 7.10 潮汐加速与潮汐减速
    • 7.11 火星探测
    • 7.12 木星的结构
    • 7.13 木星的温度
    • 7.14 状态方程与相图
    • 7.15 木星的内部结构
  • 8 太阳系小天体
    • 8.1 核心吸积理论(一)
    • 8.2 核心吸积理论(二)
    • 8.3 木星的形成
    • 8.4 系外行星探测(一)
    • 8.5 系外行星探测(二)
    • 8.6 系外行星探测(三)
    • 8.7 小行星带天体与柯依伯带
    • 8.8 彗星
    • 8.9 小行星的形成
    • 8.10 小行星的分布
    • 8.11 陨铁
    • 8.12 石铁陨石
    • 8.13 彗星的起源
    • 8.14 妊神星的故事
    • 8.15 塞德娜的故事
  • 9 探索太阳
    • 9.1 研究太阳的意义
    • 9.2 太阳的结构
    • 9.3 太阳爆发
    • 9.4 太阳活动周
    • 9.5 太阳探测
  • 10 寻找地外生命
    • 10.1 外星生命
    • 10.2 宜居星球
    • 10.3 生命起源
    • 10.4 外星文明
    • 10.5 费米悖论
  • 11 阅读
    • 11.1 阅读
  • 12 问卷调查
    • 12.1 问卷调查
太阳爆发
  • 1 视频
  • 2 章节测验



耀斑发现

1859年9月1日的上午,英国天文爱好者卡林顿照例在自己的天文观测室里对太阳黑子进行常规的观测。令他不可思议的事情发生了,日面北侧一个大的复杂黑子群附近突然出现了两道极其明亮的白光,其亮度迅速增加,远远超过光球背景,明亮的白光仅维持了几分钟就很快消失了。同在这一天,英国天文学家霍奇森也看到了这次太阳上的突发现象。这是耀斑的第一次记录,同时也是白光耀斑的第一次记录。

耀斑成因

太阳大气中充满着磁场,磁场结构越复杂,越容易储存更多的磁能。

当储存在磁场中的磁能过多时,会通过太阳爆发活动释放能量,太阳耀斑即是太阳爆发活动的一种形式。

长期的观测发现,大多数耀斑都发生在黑子群的上空,且黑子群的结构和磁场极性越复杂,发生大耀斑的几率越高。平均而言,一个正常发展的黑子群几乎几小时就会产生一个耀斑,不过真正对地球有强烈影响的耀斑则很少。


日冕物质抛射(coronal mass ejection)是巨大的、携带磁力线的泡沫状气体,在几个小时中被从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公里到超过每秒1000公里),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(CME)是太阳系内规模最大,程度最剧烈的能量释放过程。一次爆发可释放多达10^32 尔格的能量和10^16 克的太阳等离子体到行星际空间,并且伴随10keV-1GeV 的高能粒子流。CME爆发时,抛出大量的等离子体和以及固结其中的磁场结构(磁通量)。而大量物质和巨大能量将在太阳大气以及行星际空间产生激波,引发近地空间的地磁暴、电离层暴和极光等。