太阳风是带电粒子流吗（太阳喷射带电粒子流） - 原点资讯

有人问“太阳风是什么？和潮汐有关系吗？”在这里我要说的是，这两者并没有直接的关系。太阳风中是大量的带电粒子，抵达地球时，被地球磁场所束缚，充其量引起地球的地磁扰动而已。而潮汐与万有引力相关，所以和太阳风没有直接的关系。既然提到了太阳风和潮汐，本文将为您科普一下太阳风和潮汐是什么。

什么是太阳风？

太阳风是从太阳上层大气释放的带电粒子流，这一层次被称为太阳的日冕层。该等离子体主要由电子，质子和α粒子（氦）组成，其动能在0.5和10keV之间。嵌入在太阳风等离子体内的是行星际磁场。太阳风的密度，温度和速度随时间和太阳经纬度而变化。它的粒子可以从太阳引力中逃逸出来，因为它们的高能量是由日冕的超高温引起的，而日冕的高温原因又是日冕磁场引起的结果。

在距太阳超过几个太阳半径的距离处，太阳风已经达到超音速，并且其数字可以达到每秒250到750千米的速度。在终端激波时，太阳风的流动不再是超音速的。在2007年8月30日至12月10日期间，旅行者2号航天器穿越了5次以上的冲击波。旅行者2号穿越的冲击波比旅行者1号遭遇终端激波时的135亿公里距离更接近于太阳10亿公里左右。航天器通过终端激波向外继续穿越到太阳层顶并向星际介质前进。其他相关的现象包括极光（北极光和南极光）、总是指向太阳的彗星的等离子体尾巴，以及可以改变磁场线方向的地磁风暴。

太阳风是带电粒子流吗,太阳喷射带电粒子流(1)

太阳风作用下的地球磁场艺术想象图，图：NASA

太阳风对地球的影响

磁场的影响

当太阳风与具有强烈磁场的地球相交时，粒子会受到洛伦兹力的偏转。这个区域被称为磁层，它使粒子绕着地球运动，而不是轰击大气层或表面。磁层在面向太阳的一侧大致呈半球状，然后在另一侧的长尾流中被拉的很长，这被称为磁尾。这个区域的边界叫做磁层顶，一些粒子能够通过磁场线的部分重联穿过这个区域。

太阳风影响着地球磁层的整体形状。其速度，密度，方向和夹带磁场的波动强烈影响地球的局部空间环境。例如，电离辐射和无线电干扰的水平可因数百至数千个因素而变化；磁层顶和上游弓形激波的形状和位置可以改变几个地球半径，使地球同步卫星受到太阳风的直接照射。这些现象统称为空间天气。

根据欧洲航天局的“星系团”任务（集群2号探测器），一项新的研究提出，太阳风比先前认为的更容易渗透到磁层中。一组科学家直接观察到太阳风中某些波的存在，这是预料不到的。最近的一项研究表明，这些波使进入太阳风的带电粒子突破了磁层顶。这表明磁泡比连续屏障更像过滤器。这个最新的发现是通过四个完全相同的集群航天器的独特布置实现的，它们以受控的排列飞行并通过近地空间。当它们从磁层扫入行星际空间并再次返回时，舰队为太阳与地球连接起来的现象提供了一个非凡的三维洞察。

该研究表明行星际磁场（IMF）形成的变化在很大程度上受到开尔文-亥姆霍兹不稳定性（发生在两种流体界面处）的影响，这是由于边界层的厚度差异和许多其他特征造成的。专家们相信，这是第一次在磁层顶出现开尔文-亥姆霍兹波，这种波在行星际磁场的高纬度朝北方向才会显示出来。这些发现表明，在特定的IMF情况下，可以看出地球的磁层是如何被太阳粒子穿透的。这些发现也与其他行星体周围的磁层演进研究有关。

大气层的影响

太阳风也影响其他与宇宙大气相互作用的宇宙射线。此外，具有弱或不存在磁层的行星的大气层会受到太阳风的剥蚀作用。

地球本身在很大程度上通过其磁场的保护左右而免受太阳风的影响，磁场会使大部分带电粒子发生偏转; 然而，一些带电粒子被困在范艾伦辐射带中。来自太阳风的较少数量的粒子能够在电磁能量传输线上行进到地球的高层大气和极光区的电离层。在地球上能够间接观测到太阳风的唯一时间就是太阳风足够强到产生诸如极光和地磁风暴之类的现象。明亮的极光强烈地加热了电离层，导致其等离子体膨胀到磁层中，增加了等离子体地球圈的大小，并将大气物质注入到太阳风中。当磁层内包含的等离子体的压力足够大以使其膨胀从而扭曲地磁场时，就会产生地磁暴。

太阳风是带电粒子流吗,太阳喷射带电粒子流(2)

太阳风作用下的地球磁场示意图，图：Alec Baravik

什么是潮汐？

潮汐是由月球和太阳所施加的引力和地球自转的综合作用所引起的海平面上升和下降的一种自然现象。

潮汐表可以用来寻找在任何给定地点潮汐的预测时间和振幅（或潮差）。这些预测受到许多因素的影响，包括太阳和月球的排列、潮汐的相位和振幅(深海中的潮汐模式)、海洋的无潮系统、海岸线的形状和近岸水深测量(测深学)。然而，它们只是预报，潮汐的实际时间和高度会受风和大气压力的影响。一些海岸线每天都会经历近乎相等的高潮和低潮这两个半日潮。其他地点每天只经历一次高潮和低潮。“混合潮” - 每天两次不均匀潮汐，或者一种高潮或者一种低潮也是有可能的。

潮汐在时间尺度上随着时间的推移而变化，这是由于若干因素决定了月潮间隔。为了准确记录，固定站的潮汐测量仪随时间测量水位。仪表忽略了由周期短于分钟的波浪引起的变化。将这些数据与通常称为平均海平面的参考（或基准）水平进行比较。

虽然潮汐通常是短期海平面波动的最大来源，但海平面也会受到诸如风和气压变化等力的影响，从而导致风暴潮，特别是在浅海和近海岸地区。

潮汐现象并不局限于海洋，只要存在时空变化的引力场，潮汐现象就会在其他系统中发生。例如，地球的固体部分的形状受到地球潮汐的轻微影响（固体潮），不过这不像水上潮汐运动那么容易看得到。

潮汐对地球的影响

（潮汐变化——位置和距离的影响）

月球是地球潮汐的主要影响因素之一，但太阳也会产生相当大的潮汐力。太阳的潮汐大约是月球潮汐的一半左右，其表示为月球潮汐模式的变化，并不是单独的一组潮汐。当太阳、月球和地球排列近乎一条直线时（在新月或满月时），太阳潮汐对月球潮汐具有一个叠加作用（累加效应），并使得产生极高潮汐和极低潮汐——通常都称为春季潮汐（满潮或朔望大潮）。一周后，当太阳和月亮彼此成直角时，太阳潮汐部分地抵消了月潮并产生了一个被称为小潮的中等潮汐。在每个朔望月期间，会发生两组春潮和两组小潮（Sumich，J.L.，1996）。

正如太阳，月亮和地球的角度在朔望月的过程中影响潮汐高度一样，它们之间的距离也是如此。由于月球沿着地球周围的椭圆形轨道运行，因此它们之间在一个月内的距离变化大约在31000英里（5万千米）。每月一次，当月球最接近地球时（在近地点时），潮汐产生的力量要比平常的高，在潮汐中会产生高于平均值的范围。大约两周后，当月球离地球最远（远地点）时，月球潮涨力较小，潮汐范围将小于平均值。地球和太阳之间也会发生类似的情况。当地球最接近太阳（近日点）时（每个日历年的1月2日左右），潮汐范围会增强。当地球距离太阳最远（远日点）时，大约在7月2日，潮汐范围会减小（Sumich，J.L。，1996; Thurman，H.V.，1994）。

太阳风是带电粒子流吗,太阳喷射带电粒子流(3)