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太阳风对地球大气有怎样的影响?
摘要:太阳风是完全电离的稀薄气体,主要成分是小原子量原子(73%的是氢,25%的是氦) 而且,这么弱的太阳风动压没有办法接近地球,这里需要引入带电粒子在磁场中的运动: 但是,地球
太阳风是完全电离的稀薄气体,主要成分是小原子量原子(73%的是氢,25%的是氦)
而且,这么弱的太阳风动压没有办法接近地球,这里需要引入带电粒子在磁场中的运动:
但是,地球有地磁场,地磁场是个偶极磁场,可以在地球附近形成一个比较封闭的磁场区域。
在相对于地球的太阳风上游形成一个弓形激波,太阳风的高能粒子遇到这个弓形激波都绕着走了:
光是这个现象的意义就足够重大了,能够显著影响地球大气成分丰度和增强大气剥蚀速度。
一般大众普遍认为的磁场保护大气被剥蚀的概念,在这里我可能就要把大家重新修改修改了。首先,中性气体是不受磁场作用影响的,驱动中性气体流失的机制是热力学逃逸,叫做Jeans Escape。它是火星和地球上的主导大气逃逸机制。能受到磁场影响的都是带电荷大气离子,完全封闭磁场的确可以偏移太阳风的影响,减弱气体离子化和逃逸。但真实类地行星磁场在极尖区是打开的,所以这个看法并不成立
在磁化行星上,最终结果很有可能都是一样的,只是过程更加复杂。太阳磁场与地球磁场在磁层顶实际上会发生重联,撞击到地球磁场的太阳风粒子于是被转移到了地球极尖区,也就是地球两极磁场与太阳磁场重联的地方,于是太阳风能量和动量全部被聚集在一个很狭窄的区域内,造成极区离子高速逃逸(Brain et al., 2013)。最直接的比较是,如果没有磁场,太阳风能量会均匀分布在行星大气层,平均0.2 mW/m2;有磁场的地球,能量被聚集在极光区达到了100mW/m2。
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