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    原创 在有太空探测之前我们凭什么猜测有太阳风存在?
    作者:admin    发布于:2023-12-16 17:34    文字:【】【】【
    摘要:我们经常管宇宙空间叫太空,其实那里并不空,有各种射线啊、粒子流啊等等。特别是粒子流,那是物质构成的嘛。在我们太阳系的空间中,从太阳源源不断的流出大量的带电粒子流,

      我们经常管宇宙空间叫太空,其实那里并不空,有各种射线啊、粒子流啊等等。特别是粒子流,那是物质构成的嘛。在我们太阳系的空间中,从太阳源源不断的流出大量的带电粒子流,充斥着各个角落,我们起名叫“太阳风”。

      那么问题来了:太阳风又不发光又没有颜色,离我们地面的人也是十万八千里,我们凭什么说太空这里有太阳风来着?

      其实有个现象我们一点也不陌生——彗星。我们看彗星的时候,它最大的特征就是它长长的尾巴。1950年前后,霍夫迈斯特(Hoffmeister)和比尔曼(Biermann)研究和解释了彗尾:当彗星运行到太阳附近时,电离的彗尾总是背向太阳,而且离太阳越近尾巴越长,这种现象可以用从太阳发射出的连续外流物质传递动量给彗星气体得到解释,而由此估算出的太阳粒子流动(太阳风)的速度约为400公里/秒。这说明:太阳粒子流动(太阳风)是一种日常的现象,而且充斥着整个空间。

      当然这只是一个我们熟悉的粒子,而不是猜测的开始。早在1858年,天文观测者发现磁暴经过27天后就重新出现一次。20世纪初,对北极光和地磁活动的观测、研究发现,极光和磁暴都有27天重现性,这正好是我们站在地球上看太阳自转了一圈的周期。这么说来,肯定有什么东西从太阳表面某个位置发出后来到地球,27天后太阳转了一圈,又是它又来拜访我们了。当然我们还没法计算它的速度,说不定只是辐射呢?

      1859年,天文学家卡灵顿(Carrington)等人先是观测到一个白光耀斑,大约两天后地球出现了很强的地磁暴。这是很奇怪的,因为耀斑辐射是电磁波,8分钟就到地球了嘛。地球到太阳距离大约是1亿5千万千米,按照出现时间计算,太阳上的“某种东西”大约以1000千米每秒的速度向我们飞过来,然后引起了地球磁场的扰动。当然后来我们管这种短时间爆发、抛出大量太阳物质的活动叫“日冕物质抛射”,与平时说的太阳风并不一样,但这种观点是“太阳会往外发出物质”的想法的开始。

      20世纪30~40年代,英国著名科学家查普曼(Chapman)和费拉罗(Ferraro)对磁暴和极光做了大量的研究,认为这些地球物理现象都源自射向地球的太阳粒子流。查普曼提出一种设想:从太阳上发出的带电微粒流,冲到地球附近时,在高空形成一个附加的电流环,从而扰乱了地磁场产生磁暴。按照这个设想,太阳上应当有一个区域在不断地发射粒子流,因为太阳在自转,这个区域也应该跟着太阳一起旋转,这个区域逐渐被叫做M区——M是“神秘”(Mystery)与“磁暴”(Magneticstorm)两个词的第一个英文字母。1932年,Barteles提出正是M区的粒子流导致了一些与耀斑没有关系的地磁暴。现在我们管M区叫冕洞了,它流出的正是所谓高速太阳风。

      人们离“太阳风”的想象已经如此之近,不过我们并不能肯定太阳风是一种日常的、持续不断的现象,特别是我们最开始讲的关于彗星的想法里需要这样的太阳风。

      在50年代,科学权威查普曼提出了太阳周围的大气(也就是日冕)处于静止模式,这是在类比地球大气的样子。太阳日冕温度很高,其中的粒子都是完全电离的离子(主要是氢离子,也就是质子)和电子,查普曼假定日冕及其向外延伸的气体都处于静止状态(也就是静态的粒子充斥着宇宙空间),只有热传导传递能量,太阳巨大的引力把气体向里吸,但是温度很高的气体运动引起的压力把气体往外推,双方达到了平衡。可是呢?根据计算的太阳日冕温度,按照相应的物理规律算下来,太阳的引力可拉不住温度这么快的气体往外跑,把公式往无穷远的方向推导,得到的结果在无限远的地方,太阳气体还有一定的压力推着气体往外跑,这是“静止”不下来的,而且岂不是无限远处有无限多的物质?故而理论陷入了矛盾。

      在1958年,科学家帕克(Parker)提出了日冕超声速膨胀的理论,很好的解释了这个问题。他认为由于日冕底部的高温,日冕中存在着比较大的压强梯度力,在此作用下,太阳大气的粒子逃脱了太阳引力的束缚向外流出后,速度是逐渐增大并最终达到超声速,形成了太阳风。限于篇幅,这些计算方程就不讲了。

      不过,一来查普曼是学术界的权威,笃信的人很多,帕克的论文受到打压,二来也有人提出,方程计算的太阳风一直不达到超声速,既不违反方程,也能解释很多现象,不一定非要超声速的太阳风的存在,这也叫“太阳微风”,不过其实这种理论也遇到了无穷远处风压力的问题。

      实践是检验真理的唯一标准。人类航天器上天之后,就开始努力寻找太阳风及其所符合的特征。以水手二号为代表的飞船探测到长期的、持续不断的超声速太阳风粒子流,证实了太阳风的存在,也终结了查普曼和帕克关于太阳风的争论。

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