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《宇宙新论 之 天地本源》(杨建立著)第十章 光耀苍

时间:2019-08-10 16:50:28 点击:

  核心提示: 《宇宙新论之天地本源》 (杨建立著) 第十章光耀苍穹 万物生长靠太阳,太阳是我们“太阳系”的主宰。可以毫不夸张地说,地球上迄今为止利用的主要能量直接或间接地都来自太阳,太阳是人间万物赖以生存的能量源泉。那么,太阳的能量又来源于哪里呢?先人们早就对这个问题进行过研究。 燃烧说 最早关于太阳发光发热...

《宇宙新论 之 天地本源》

(杨建立著)

第十章 光耀苍穹

 

万物生长靠太阳,太阳是我们“太阳系”的主宰。可以毫不夸张地说,地球上迄今为止利用的主要能量直接或间接地都来自太阳,太阳是人间万物赖以生存的能量源泉。那么,太阳的能量又来源于哪里呢?先人们早就对这个问题进行过研究。

燃烧说

最早关于太阳发光发热的学说是“燃烧说”。这是一种最原始,也是最朴素的猜测。燃烧说认为,太阳是燃烧内部物质发出光和热的,太阳是一个不断燃烧着的巨大火球。

然而,经过测量,太阳表面温度达到6000℃,碳和氧燃烧的化合反应根本达不到这一温度。而且,根据太阳照射地球上的能量,地球和太阳距离,参考其他各种因素后,测得的太阳每秒辐射的功率为3.9*10^26W(瓦特),用煤燃烧的化学能难以维持这一大得惊人的天文数字。还有就是,如果是由碳和氧燃烧形成的光和热,太阳最多能够燃烧几千年。太阳已经存在几十亿年了,并且没有发现它的光和热有明显减弱的迹象。确定“燃烧说”是错误的。

流星说

也还有人提出了“流星说”,认为太阳周围有无数个稠密的流星,它们以可观的宇宙速度不断撞击太阳表面。因为太阳的引力,使得流星的势能转变为动能,撞击又使得流星的动能转化为热能。但后来经人们观察,自有历史记录以来的2000年里,没有发现太阳质量有明显增加。“流星说”也被否定了。

收缩说

此后,天文学家亥姆霍兹于1854年提出了“收缩说”。他认为像太阳那样发出辐射的气团,必定会因放热而冷却,因冷却而收缩,气团内的物质因收缩而向太阳中心坠落,使得自身势能转化为动能,再由动能转化为热能。但经测算,如果是靠引力收缩导致的发光发热的话,太阳的能量释放最多不超过5千万年。“收缩说”也失败了。

核聚变说

           20世纪初,原子核发现以后,人们开始猜测,原子核反应能够产生巨大的能量,太阳的能源正好可以用核反应放出热量来解释。

    科学家在分析太阳光谱时发现,在太阳表面物质中,氢占总质量的73%、氦约占25%,其它元素占2%。于是,人们推断太阳的能量来源是核聚变,是由氢元素聚合变为氦元素,释放大量热量。比如4个氢原子,通过核反应,聚合成一个氦原子,便能释放出20兆电子伏特以上的能量。当然,氢聚变成为氦,质量并不能全部转化为能量,而是有3%左右的质量转化成了能量。按照太阳总质量,与核反应的质量亏损率,两者进行比较,便得到太阳寿命估计值为几百亿年。于是,人们恍然大悟,原来氢就是太阳中的燃料,氦则是燃烧后的“灰烬”。

这一观点已被普遍认同,现代理论认为,各种年龄的恒星内部发生着各种不同的热核反应。恒星演化过程中会发生一系列热核聚变,轻元素逐渐向重元素转化,逐渐改变恒星的成分,改变恒星的内部状态。

理论研究到这一步,太阳的能量来源终于得到了解决。

没那么简单!这里还存在着不少棘手的问题:

1、观测表明太阳表面温度约为6000℃,经科学家测算,太阳核心约为1500万℃,这是公认的太阳温度的数值,所有的文献资料中都在采用这个数值。

我们看一下可控核聚变。根据有关报道,我国新一代热核聚变装置EAST,2010年9月28日首次成功完成了放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。此次实验实现了装置内部1亿℃高温运行,这大概是太阳内部温度的7倍。人工控制核聚变达到1亿℃!

再让我们看看氢弹爆炸。1967年6月17日,我国的第一颗氢弹爆炸,其爆炸瞬间的中心温度超过100亿℃,其中心温度是太阳中心温度的1000倍!几乎所有文献中关于氢弹爆炸产生的高温,都在采用这一数值,公认这一数值。霍金先生在他的《时间简史》里也言之凿凿地引用了这个数值。霍金是这样写的:“(宇宙)大爆炸后的1秒钟,温度降低到约为100亿℃,这大约是太阳中心温度的1000倍,亦即氢弹爆炸达到的温度。”热核聚变爆炸100亿℃!

注意到这些数值了吗?太阳表面温度6000℃,核心温度1500万℃。人工控制下的短暂核聚变产生的高温1亿℃,是太阳核心温度的7倍!不可控核聚变的形成的高温100亿℃,是太阳核心温度的1000倍!

按照通常说法,太阳中心连续不断进行着核聚变反应,但温度不但达不到氢弹爆炸时的100亿℃,居然连人工控制核聚变反应堆中的1亿℃都达不到。太阳内部为什么会这么“凉”,到底什么造成太阳内部“不温不火”地保持1500万℃“低温”呢?

2、自然界存在的“氢”有三种同位素,他们分别是氕(氢)、氘(重氢)、氚(超重氢)。其中氘和氚是最低端核聚变燃料(点燃核聚变所需的温度压力条件比较低),制造氢弹必须使用氘和氚。氘是从自然界存在的“氢”中,经过一系列工艺浓缩提炼出来的。在海水里的氘大约只占氢元素的1/6500,氚在自然界里存量更是微乎其微,制造氢弹所用的氚是在核裂变反应堆里,使锂元素吸收中子后,人工制造出来的。我们通常所说的所谓氢(氕),我们人类目前根本就无法点燃,如果太阳燃烧的是普通氢的话,太阳是如何点燃它的?

    3、众所周知,核聚变反应速度是不可控的,氢弹就是利用氢元素的聚合反应制成的。氢弹爆炸是瞬间完成的,制造1吨或者1万吨的氢弹,反应时间都是一瞬间。即使制造一颗千万吨的氢弹,反应时间也应该是一瞬间。太阳相当于放大版氢弹,但却没有瞬间爆炸,而是持久不断、相对恒定地延烧几十亿年。并且,自有历史记录以来,没有发现太阳温度有大的起伏变化。究竟什么样的“内控机制”控制着太阳内部核聚变持续缓慢进行呢?

对于这个问题,有人提出太阳本身有着对核聚变反应速度调节机制。认为太阳的核聚变反应维持长久的原因,是在核聚变反应过程中,太阳能够根据自身温度的高低调节核聚变反应的快慢。当太阳产生的温度过高时,就会导致太阳膨胀,膨胀导致氢原子间间距增大,太阳因此就会调慢核聚变反应的速度,反之就会加快核聚变反应的速度。太阳的这种自我调节功能使得太阳上的“核燃烧”能够持续长久进行。

这中说法有一定道理,正所谓“凡是存在的必定是合理的”,太阳相对匀速燃烧是事实,那它也一定存在自我调节机制控制着核燃烧的进程,这一点没有错,但是不是就是热膨胀这么简单,就另当别论了。

我们知道,物质温度的高低,与物质内部分子运动速度的快慢相关,物质的温度越高,内部分子运动越快,反之则慢。太阳内部等离子体物质也不例外,当温度升高时,物质粒子运动会加快,碰撞会更加剧烈。太阳物质向外的膨胀力是由于物质粒子碰撞加剧造成的,物质温度的提高,不会导致内部粒子相互碰撞减速,而是加快。而物质粒子的强烈碰撞,才能引发核聚变。

    4、1843年,德国天文爱好者施瓦布通过自己1826年~1843年间的日常黑子观测,首次发现日面上黑子数量的多少存在11年左右的周期变化。

此后从长期的黑子相对数记录可见,黑子相对数的平均值明显的表现出11年左右的周期性,最短为9.0年,最长为13.6年。从黑子数的多寡以及太阳10.7厘米射电流量的变化,就能很容易看出太阳活动的这种周期变化。黑子相对数的年均值的极大和极小年份,分别称为太阳活动的极大年(峰年)和极小年(谷年)。通常,也将黑子相对数年均值相对高的太阳活动极大年与其相邻的几年,称为太阳活动高年;黑子数年均值相对较少的太阳活动极小年和其相邻的几年,称为太阳活动低年。太阳活动为什么会有这种带有一定规律性的波动变化呢?

5、观测表明,太阳大气的温度具有反常的分布。太阳大气可分为几个圈层,最内层是光球层,往外是色球层,再往外是日冕层,日冕层又分为內冕和外冕。太阳大气层的温度从光球层底部的5,770K慢慢降到光球顶部(光球与色球交界处)的4,600K,这是正常的。此后反其道而行之,缓慢上升到光球之上约2,000公里处的几万度,再向上延伸约1,000公里形成了色球-日冕过渡层,温度陡升至几十万度,到达日冕区已是百万度以上的高温区了。一般情况下,距离热源近的地方会更热,距离热源较远的地方会较冷,这是正常的,是常识。但究竟是什么原因造成这种在远离太阳中心的地方却出现反常增温呢?

 ……

有还不少的疑问等着我们。

看到这里,你不感到疑云重重吗?太阳发光放热的能量果真来源于氢(氕)核聚变这么单纯吗?我们先看一下木星“发热”。

    木星“发热”

         近年来对木星的考察表明:木星正在向其宇宙空间释放巨大能量。它所释放出的能量是它所获得太阳能量的两倍,说明木星释放能量一半来自于它的内部,木星内部必定存在热源。

    木星是巨型行星,和太阳的成分相似,但与恒星相比,大小相差太远。它没有像太阳那样燃烧起来,是因为它的质量太小,它不会、至少说在近几十亿年里是不会点燃核聚变的。木星要成为像太阳那样的恒星,需要将质量增加到如今的100倍才行。根据天文学家的计算,只有质量大于太阳质量的8%,才能点燃氢的聚变反应,木星距离这一质量下限差了约100倍。

然而,木星不仅在发热,而且自身还在发出一些光,而且亮度在不断增加,每4年增亮约0.003个星等。木星这种发光放热现象极有可能是木星内部正在发生核反应造成的。木星质量不足以点燃氢核聚变,这种核反应自然是放射性核素的裂变反应。

不仅是木星,地球也在“发热”。

    地球在“发热”

    地球在诞生几十亿年之后的今天,仍然是一颗内心炽热、表面温暖的星球。一个国际研究小组最近报告说,他们通过对中微子的观测发现,地球自身热量大约有一半来自放射性物质衰变,另一半则是从地球刚形成时保存至今的原始热量。

    此前也曾有研究由间接证据推算出类似的数值。这项新研究是首次根据实际观测得出结论,有助于研究地球的形成和演变过程。相关论文发表在新一期英国《自然地球科学》杂志网络版上。

    以日本东北大学为主的这个研究小组,利用位于日本中部岐阜县一座矿山地下千米处的装置“K.am.LAND”,观测来自地球内部的中微子。中微子是一种不带电、质量极小、穿透力极强的基本粒子,可由多种途径产生,包括地球热量的重要来源--放射性物质的衰变过程。

    由于中微子可以穿透几乎任何障碍,即使放射性物质位于地下深处,也能依据观测到的中微子数量,推算出放射性物质的数量和分布情况。

    从2002年3月到2009年11月,研究小组共观测到841个中微子。排除掉来自核电站、核废料、宇宙射线等的中微子之后,可能有106个中微子来自地球内部天然放射性物质的衰变。

    研究人员据此认为,地球内部天然铀-238和钍-232衰变产生热量的功率大约为21万亿瓦。结合以前对钾-40等物质衰变的研究,研究小组得出结论--在地球表面释放的热量中,大约有54%来自放射性物质衰变,剩余部分是从地球诞生时保存至今的原始热量。地球内部放射性同位素的衰变,持续产生出新的热量。

不仅是木星和地球,其他类木行星和较大的类地行星,甚至较大的卫星内部也有类似的核裂变反应。

这充分说明,在这些星体内部都存在大量的放射性物质。这些放射性物质是星体形成之初,作为“原始星核”进入星体内部深处的,我们称其为“奇异物质”。在前一章《旭日东升》里,我们已经叙述了“奇异物质”被确认存在的过程。太阳聚集了太阳系总质量的99.8%,必定也聚集了更大量的“奇异物质”,就在太阳内部深处,是它主导了太阳星体的凝聚形成过程。

关于这一问题我们已经在前几章中进行过描述。太阳核心的物质主体是“奇异物质”而非尘埃或者“氢”。“奇异物质”在太阳发光、发热的过程中,必定发挥相当的作用。我们由此可以做出如下推测:

1、原始星核给太阳降温

如前几章所述,上一代的恒星在晚年能量逐步耗竭,物质内部抵抗内聚压力的能力将会减小,晚年星体发生剧烈的核聚变,形成白矮星,再次释放大量的能量。有的白矮星机缘巧合之下,吸积伴星物质,形成超新星爆发,又再次释放大量光和热。

就这样经过了反复几次发光、放热,耗竭了星体物质内禀能量,星体内部物质已经“油尽灯枯”。所以,由这些“灰烬”物质所形成的“奇异物质”会很冷,而它的冷不单指它的温度低,更是指这些物质的内禀能量过度亏空。

在《奇异物质》一章中,我们分析过这些“奇异物质”的特性:致密、冷暗,是破碎成块的,解除了外部巨大压力后的“中子态”物质。“奇异物质”就是一个巨大的原子核,在从周围环境中吸取能量后进一步发生碎裂脱落下来,成为更多稍小的不稳定“超大原子核”,是不稳定的放射性物质。

    正如前一章《旭日东升》中所述,这些“奇异物质”仍然很致密,致密程度是仅次于中子态物质,由于密度大,在物质分层时它必然居于太阳的中心位置。这些“奇异物质”很冷,作为一种“冷暗物质”潜藏在太阳核心,吸取太阳内部能量,以一种能被我们观测到的形式参与影响热量在太阳内部的传递,从而降低了核心温度。

2、氘的形成和能量循环

如果这些“奇异物质”进入分子云中,诱发新的星体形成,此后,它必须在漫长的岁月里渐渐地吸聚能量,补充它前一世造成的亏空,才能够恢复内部物质的活性,从而“起死回生”。

裂变只有一些质量非常大的原子核像铀、钍和钚等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变……,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量,这些能量被称为原子核能,俗称原子能。1千克铀-238的全部核的裂变将产生20,000兆瓦小时的能量,与燃烧至少2000吨煤释放的能量一样多,相当于一个20兆瓦的发电站运转1,000小时。

核裂变也可以在自然环境下出现,人们把放射性物质自发衰减一半量的时间称为该物质的“半衰期”。放射性物质严格遵守它一个半衰期衰减一半物质的规律。

我们对自发性放射性核裂变的反应机制还不是很清楚,但是我们可以做出比较合理的推断:这种严格按照半衰期进行衰变的特征,极像是与某种粒子(能量团)发生碰撞具有的概率,是放射性物质的原子核碰撞并吸收能量团引发裂变的。如果是这样,放射性物质所需要的能量形式就应该是它的前一世所失去的,比如热量,比如中微子、中子等。“奇异物质”需要经历前世一系列核聚变反应的逆反应。只有这样,才能不违背“质能守恒定律”。自发裂变是放射性衰变的一种,只存在于几种较重的同位素中。不过大部份的核裂变都是一种有中子撞击的核反应,反应物裂变为二个或多个较小的原子核。

太阳中心的“奇异物质”,缓慢吸聚能量或能量团,缓慢“活化”逐渐脱落成为放射性大原子核,发生核裂变反应,不断释放出电子、质子、中子、中微子,以及少量的α粒子。

新释放出来的中子,在运动过程中,如果被氢原子核俘获,将会形成重氢(氘),这就成为比较容易发生聚变反应的核燃料。当这些核燃料在太阳核心之外、比较深层的内部汇聚到一定浓度和数量后,引发一次核聚变反应,就相当于一颗大氢弹。释放出强大的光和热,以及中微子、中子等。就这样,实现了能量和粒子的循环和再利用。

这一循环是星体内部进行的能量和粒子小循环。另外,还应该有一个宇宙星际之间的热量、粒子从一个天体转移到另一个天体的大循环,我们将在此后的《能量运动》一章再行阐述。

3、反应速度自控

  轻核的聚变反应比重核裂变现象发现得要早,但氢弹却比原子弹出现得晚,历史最早的原子弹爆炸是1945年,美国投放到日本的广岛、长崎的那两颗,而氢弹在1952年才试制成功。可控制的聚变反应堆由于障碍重重,至今仍是科学技术上尚未解决的一个重大问题,原因是要实现轻核聚变反应的条件比实现重核裂变的条件要困难得多。

点燃炸药是需要雷管引爆的,点燃氢弹也同样需要“雷管”,只不过这个雷管不同于引爆一般炸药所用的那种普通雷管,而是一个核裂变的“原子弹”,是利用铀235或钚239等重原子核裂变链式反应的原子弹,利用原子弹爆炸产生的4000~5500万℃高温和高压才能点燃氢弹。

“奇异物质”在吸收能量后,脱落下来的团块,成为“超大原子核”,它们经过汇聚达到一定浓度,发生链式反应,成为一个类似人工控制的“核反应堆”,浓度更大的,甚至于发生剧烈链式核反应,成为一次“原子弹”爆炸。

我们在前文中已经讲述过,太阳核心是密度很大的,仅次于中子态的“奇异物质”,由于它们物质密度大,必定居于太阳核心部位。在太阳核心之外,是“奇异物质”脱落下来的放射性金属物质,混杂在太阳形成之初,从星际云中吸积来的其他金属物质中间,是核裂变反应的圈层,再往外层,才可能是重氢(氘)和超重氢(氚)汇聚的地方。

在地球上点燃核聚变,需要的温度压力是4000~5500万℃,和相当大的压强。太阳在临近核心的部位,温度大约是1000多万℃,压强为2~3000亿个大气压。

点燃核聚变反应,需要两方面的条件,一是高压力,二是高温度。在地球环境下,我们无法制造几千亿大气压的压力条件,太阳深处却可以达到,这样可以弥补温度的不足,在那里,一千多万度的温度,配合两三千亿的大气压力就能够点燃氘和氚核聚变了。

在高温高压下,氢原子核外电子与原子核分离开来成为等离子态。氢原子核都是带正电荷的质子,受到同种电荷斥力作用,两个质子相互撞击融合很困难。中子不带电荷,与质子撞击融合比起两个质子要容易的多,所以应该是质子和中子相互融合形成重氢(氘),重氢和中子融合生成超重氢(氚)。我们说过,氘和氚是低端的核聚变燃料,最容易发生合成氦的聚变反应,两个氘(重氢)融合形成氦,或者氘(重氢)和氚(超重氢)融合生成氦并释放出一个中子,成就了一系列复杂的热核反应。

但是,核裂变与核聚变所需的燃料,都是需要一定浓度(纯度)的,在太阳内部深层的一定的区域里,汇集一定浓度的核燃料需要时间。在那里,核燃烧应该间歇性的。

真是这样的话,太阳发光的机制,也许不是原先人们所想象的那样,太阳是一个缓慢进行核聚变的氢弹,而是在太阳的深层(不是中心)核燃料聚集到一定程度后,才能引发一次核裂变,或者核聚变,它们此起彼伏,却是独立进行一个一个的“原子弹”和“氢弹”爆炸,它们是断断续续地爆炸,而不是像有的人想象的那样,整个太阳就是一个大“氢弹”。这就可以更容易地解释,我们所知道的“氢弹”是瞬间爆炸的,而太阳则是上百亿年持续发光这一不可思议的事情了。这也许还是“金牛座T型变星”时明时暗,不断发生光变的原因。

如果我们这一理论无误的话,太阳的分层也不会像此前人们理解的那样。。。

4、周期性循环

自从“奇异物质”吸收热量和能量粒子(如中微子、中子等)开始,到脱落出放射性重金属物质,放射性金属物质释放衰变,再次释放中子、中微子、热量,然后是氢原子吸收中子,形成氘和氚,氘和氚在某一区域汇集,达到一定浓度后形成一次“氢弹”爆炸,释放中子、中微子和热量,然后是中子、中微被再次被吸收、被利用,氘和氚的再汇集,最后形成核聚变的爆炸,如此循环往复,导致太阳活动具有周期性变化。“奇异物质”在太阳发光放热的过程中,既是类似“雷管”一样的发动者,又是产生热量的参与者,也许还是控制核反应速度的操控者。

5、外层加热机制

          太阳中心是由冷暗物质组成的“原始星核”,从原始星核向外,是不断脱落下来的放射性重金属元素为主的核裂变层,就像一个巨大的核裂变反应推,我们可以称之为核聚变层,核聚变层之外,是类似氢弹的核聚变层,其外面依次是对流层、光球层、色球层和日冕层。

在核心附近进行的核裂变和核聚变反应中所生成的中子、中微子,射向太阳内部核心的,大多会被太阳核心的“奇异物质”所吸收,向太阳外部射出的,一部分会被太阳大气中的氢元素吸收,形成氘和氚,其他未被吸收的会穿越太阳大气层,向外射出。

    孤立中子很不稳定,在自然环境下,10分钟左右就会蜕变为质子。中子不带电荷,可以比较轻松地穿越太阳大气层的底部,很少与太阳大气层底部的物质发生碰撞。当中子衰变为质子时,情况发生了变化,质子携带一个正电荷,在太阳大气中飞驰的时候,很容易与擦身而过的太阳大气层较外层的气体物质发生碰撞,碰撞产生热量,加热外层大气,这也许就是太阳外层大气比底层大气更热的原因。

           日冕的温度非常高,可达200万度,离太阳中心最近的光球,温度是几千度。稍远些的色球,温度从上万度到几万度。而距离太阳中心最远的日冕,温度竟然高达上百万度 。日冕由很稀薄的完全电离的等离子体组成,其中主要是质子、高度电离的离子和高速运动的自由电子。这些带电粒子运动速度极快,以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚,射向太阳的外围。形成太阳风。

    6、太阳风

    通常把太阳大气分为六层,由内往外依次命名为:日核,辐射区,对流层,光球,色球和日冕。日核的半径占太阳半径的四分之一左右,它集中了太阳质量的大部分,并且是太阳百分之九十九以上的能量的发生地。光球是我们平常所见的明亮的太阳圆面,太阳的可见光全部是由光球面发出的。

         如果这些外溢的质子、电子和氦原子核成功地穿越出太阳大气层,高速射向宇宙空间,就成太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。其他恒星放射出来的这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200~800km/s的速度运动的高速带电粒子流。这种物质虽然与地球上的空气不同,不是由气体的分子组成,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。

    太阳风的密度与地球上风密度相比是非常稀薄而微不足道的。一般情况下,在地球附近的行星际空间中,每立方厘米有几个到几十个粒子,而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子。然而太阳风虽十分稀薄,但它刮起来的猛烈劲,却远远胜过地球上的风。在地球上,12级台风的风速是每秒32.5米以上,而太阳风的风速,在地球附近却经常保持在每秒350~450千米 ,是地球风速的上万倍,最猛烈时可达每秒800千米以上。

    太阳风是带电粒子的一种强劲的外溢。它们从太阳的日冕释放到行星际空间。这些微粒主要是质子和电子,它们以每秒200~900千米的速度在地球轨道附近移动。其密度虽低(约8/厘米3),但还能和地球的磁层相互影响。

             7、日珥

    日珥的形成问题尚未彻底解决。最难解释的是,大部分日珥在比它们稀薄得多的日冕中存在,常常在几乎是空无一物的日冕中突然浮现出日珥。计算表明,日冕的全部物质都不够凝聚成几个大日珥,因此,日珥的物质基本上来自色球层。如今比较流行的日珥形成理论,认为日珥出现在日冕磁力线的马鞍形凹陷处。如果由于某种原因,日冕磁力线有局部的凹陷,这时与磁场“冻结”在一起的色球物质沿磁力线运动,会有一部分留存在这样的“磁坑”内,由此形成日珥。从侧面看,由于日珥物质所受的重力与洛伦兹力正好平衡,磁力线可以把日珥支撑住。

    日珥是非常奇特的太阳活动现象,其温度在5000~8000K之间,大多数日珥物质升到一定高度后,慢慢地降落到日面上,但也有一些日珥物质漂浮在温度高达200万K的日冕低层,既不附落,也不瓦解,就像炉火熊熊的炼钢炉内居然有一块不化的冰一样奇怪,而且,日珥物质的密度比日冕高出1000~10000倍,两者居然能共存几个月,实在令人费解。

这有可能是来自于核反应层局部发生核爆炸,底下高压物质的喷发造成的。这有点类似于我们地球上间歇喷泉,在太阳磁力线约束和洛伦兹力支撑下形成的。这种喷流如果喷向着我们视线的侧方,在我们看来就会形成日珥。喷流有大有小,如果有很大的喷流正冲地球方向喷射过来,会对地球产生“太阳风暴”。

    8、太阳风暴

    通常太阳风的能量爆发来自于太阳耀斑或其他被称为“太阳风暴”的气候现象。这些太阳活动可以被太空探测器和卫星测到,主要标志是强烈的辐射。被地球磁场俘获的太阳风粒子储存在Van Allen辐射带中,当这些粒子在磁极附近与地球大气层作用引起极光现象。具有和地球类似的磁场的其他行星也有极光现象。在星际介质(主要是稀薄的氢和氦)中,太阳风就像是吹出了一个“大泡泡”。在太阳风不能继续推动星际介质的地方称之为日球层顶。这也通常被认为是太阳系的外边界。这个边界距离太阳到底多远还没有精确的结果,可能根据太阳风的强弱和当地星际介质的密度而变化。一般认为它远远超过了冥王星的轨道。

    太阳风暴是太阳因能量增加向空间释放出的大量带电粒子流形成的高速粒子流。由于太阳风暴中的气团主要内容是带电等离子体,并以每小时150~300万公里的速度闯入太空。因此,它会对地球的空间环境产生巨大的冲击。太阳风暴爆发时,将影响通讯、威胁卫星、破坏臭氧层。

    科学家形象地把太阳风暴比喻为太阳打“喷嚏”。太阳的活动对地球至关重要,因而太阳一打“喷嚏”,地球往往会发“高烧”。太阳风暴随太阳黑子活动周期每11年左右会发生一次。

    各国科学家正在积极研究太阳风暴,但是对太阳剧烈活动、太阳黑子爆发、太阳风暴对地球的具体影响以及如何预防,还需进行不懈的研究。

   天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光,发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的,其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子。因此太阳的周围有一层质子云(还有少量复杂原子核)。1958年,美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做“太阳风”。

    向地球方向涌来的质子在抵达地球时,大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层,从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发,会产生可以称为“太阳风暴”的现象,这时,磁暴效应就会出现。

    日冕位于太阳的最外层,属于太阳的外层大气。太阳风就是在这里形成并发射出去的。用X射线或远紫外线拍下的日冕照片上可以观察到在日冕中存在着大片的长条形的或是不规则行的暗黑区域,通过人造卫星和宇宙空间探测器拍摄的照片,我们可以发现在日冕上长期存在着这些长条形的大尺度的黑暗区域,这里的X射线强度比其他区域要低得多,从表观上看就像日冕上的一些洞,我们形象的称之为冕洞。

    冕洞是太阳磁场的开放区域,这里的磁力线向宇宙空间扩散,大量的等离子体顺着磁力线跑出去,形成高速运动的粒子流。粒子流在冕洞底部速度为每秒16km左右,当到达地球轨道附近时,速度可达每秒300~400km以上。这种高速运动的等离子体流也就是我们所说的太阳风。

    太阳风从冕洞喷发而出后,夹带着被裹挟在其中的太阳磁场向四周迅速吹散。太阳风至少可以吹遍整个太阳系。

    当太阳风到达地球附近时,与地球的偶极磁场发生作用,并把地球磁场的磁力线吹得向后弯曲。但是地磁场的磁压阻滞了等离子体流的运动,使得太阳风不能侵入地球大气而绕过地磁场继续向前运动。于是形成一个空腔,地磁场就被包含在这个空腔里。此时的地磁场外形就像一个一头大一头小的蛋状物。

    但是,当太阳出现突发性的剧烈活动时,情况会有所变化。此时太阳风中的高能离子会增多,这些高能离子能够沿着磁力线侵入地球的极区;并在地球两极的上层大气中放电,产生绚丽壮观的极光。

作者:杨建立 录入:杨建立 来源:原创
 

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