最新天文基础日地关系ppt课件.ppt

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1、天文基础日地关系一、一、太阳概况太阳概况二、太阳的结构二、太阳的结构三、太阳活动现象三、太阳活动现象四、太阳活动对人类的影响四、太阳活动对人类的影响-日地关系日地关系五、太阳物理的研究意义五、太阳物理的研究意义在日核处，每秒有在日核处，每秒有500万吨的氢在热核反应中万吨的氢在热核反应中形成氦，产生能量。形成氦，产生能量。电磁辐射在太阳内部向外传播时非常缓慢，电磁辐射在太阳内部向外传播时非常缓慢，内部为不透明的，像浓雾，要经历许多次内部为不透明的，像浓雾，要经历许多次反射。如果直接出来，仅需反射。如果直接出来，仅需2秒，但经历许秒，但经历许多次反射后需要多次反射后需要1千万年！千万年！三、太阳

2、活动现象三、太阳活动现象宁静太阳宁静太阳基本上是一颗球对称和稳定的恒星，基本上是一颗球对称和稳定的恒星，她是她是时间上稳定、空间上球对称和均匀地向四时间上稳定、空间上球对称和均匀地向四面八方辐射的。其物理性质在空间上只随面八方辐射的。其物理性质在空间上只随日心距变化，在同一半径的球层中物理性日心距变化，在同一半径的球层中物理性质是相同的。质是相同的。1、太阳黑子：光球面上经常出没的暗黑斑点；因温、太阳黑子：光球面上经常出没的暗黑斑点；因温度相对较低而显得黑（约度相对较低而显得黑（约4500度），太阳黑子的度），太阳黑子的本质是太阳上的磁场聚集区本质是太阳上的磁场聚集区(强度可达强度可达3000

3、高斯高斯)。小黑子的线度只有几百公里，而大黑子可达小黑子的线度只有几百公里，而大黑子可达20万公万公里，黑子的寿命从几分钟到几个月不等。里，黑子的寿命从几分钟到几个月不等。黑子多出现在低纬度区，经常成对或成群出现，黑子多出现在低纬度区，经常成对或成群出现，黑子群中一般有两个主要黑子，它们的极性相反，黑子群中一般有两个主要黑子，它们的极性相反，前面的称为前导黑子（西边），后面的称为后随前面的称为前导黑子（西边），后面的称为后随黑子，前导黑子距太阳的赤道较近。黑子，前导黑子距太阳的赤道较近。太阳黑子数的变化有太阳黑子数的变化有11年的周期性，其在日面纬度年的周期性，其在日面纬度上的分布也有上的分布

4、也有11年的变化周期。年的变化周期。09.4.132、太阳耀斑：邻近黑子上方的突发明亮物，是、太阳耀斑：邻近黑子上方的突发明亮物，是太阳大气中的一种不稳定过程，它在短时间（几太阳大气中的一种不稳定过程，它在短时间（几分钟到十几分钟）内释放大量的能量，引起局部分钟到十几分钟）内释放大量的能量，引起局部区域瞬时加热和各种电磁辐射及粒子辐射突然增区域瞬时加热和各种电磁辐射及粒子辐射突然增强，又称色球爆发。一个大耀斑释放出的能量相强，又称色球爆发。一个大耀斑释放出的能量相当于百万吨级氢弹的能量当于百万吨级氢弹的能量耀斑可分为：耀斑可分为：白光耀斑：白光耀斑：较为少见的太阳剧烈活动现象，可直较为少见的太

5、阳剧烈活动现象，可直接观测；接观测；X射线耀斑射线耀斑质子耀斑质子耀斑耀斑的出现频度和黑子数有关，即在太阳活动丰耀斑的出现频度和黑子数有关，即在太阳活动丰年耀斑活动频繁。年耀斑活动频繁。这是欧洲宇航局和美国国家航空航天局联这是欧洲宇航局和美国国家航空航天局联合发射的合发射的SOHO卫星得到的卫星得到的2000年年7月月14日大日大耀斑的远紫外线观测资料。耀斑的远紫外线观测资料。3、日珥：突出在日面边缘的白炽气体喷射物，、日珥：突出在日面边缘的白炽气体喷射物，形状似耳，高度可达几十万公里；形状似耳，高度可达几十万公里；宁静日珥：悬浮于色球上的日冕区，可保持几天宁静日珥：悬浮于色球上的日冕区，可保

6、持几天到几周的时间；到几周的时间；爆发日珥：激烈活动的日珥，持续时间为几分钟爆发日珥：激烈活动的日珥，持续时间为几分钟到几个小时。到几个小时。日珥的形成也和黑子密切相关日珥的形成也和黑子密切相关 宁静日珥宁静日珥宁静日珥宁静日珥是日冕中的巨大、稠密和低温的垂直等离子是日冕中的巨大、稠密和低温的垂直等离子是日冕中的巨大、稠密和低温的垂直等离子是日冕中的巨大、稠密和低温的垂直等离子体结构。体结构。体结构。体结构。密度密度密度密度约为约为约为约为0.5-1.00.5-1.0 10101717m-3m-3，比周围日冕密度，比周围日冕密度，比周围日冕密度，比周围日冕密度高高高高500500倍；倍；倍；倍

7、；温度温度温度温度约为约为约为约为5,00010,000K5,00010,000K，比周围日冕温度，比周围日冕温度，比周围日冕温度，比周围日冕温度低低低低500500倍。倍。倍。倍。它长寿且变化缓慢，在日冕上看起来是细长的暗它长寿且变化缓慢，在日冕上看起来是细长的暗它长寿且变化缓慢，在日冕上看起来是细长的暗它长寿且变化缓慢，在日冕上看起来是细长的暗条条条条（filamentfilament）结构。结构。结构。结构。它具有非常精细的结构和内部运动，并常常以一它具有非常精细的结构和内部运动，并常常以一它具有非常精细的结构和内部运动，并常常以一它具有非常精细的结构和内部运动，并常常以一系列规则分布的

8、系列规则分布的系列规则分布的系列规则分布的“足点足点足点足点”联到下面的光球上。联到下面的光球上。联到下面的光球上。联到下面的光球上。有时，它会变得不稳定，上升并消失掉，成为有时，它会变得不稳定，上升并消失掉，成为有时，它会变得不稳定，上升并消失掉，成为有时，它会变得不稳定，上升并消失掉，成为喷喷喷喷发日珥发日珥发日珥发日珥。通常会在原位重新形成新的日珥。通常会在原位重新形成新的日珥。通常会在原位重新形成新的日珥。通常会在原位重新形成新的日珥。4、日冕物质抛射（、日冕物质抛射（CME)：突发的、持续时间为：突发的、持续时间为几十分至两小时的物质抛射。几十分至两小时的物质抛射。日冕物质抛射和太阳

9、耀斑及爆发日珥有关，日冕物质抛射和太阳耀斑及爆发日珥有关，但它们也能够独立出现，其出现的频度也但它们也能够独立出现，其出现的频度也和黑子活动周有关。和黑子活动周有关。2000年年7月月14日发生的日冕物质抛射。日发生的日冕物质抛射。2002-1-45、冕洞：日冕上形状不规则的黑暗区域，它和日、冕洞：日冕上形状不规则的黑暗区域，它和日冕上的磁场开放区有关，多出现在极区，存在时冕上的磁场开放区有关，多出现在极区，存在时间较长（几个月），是强太阳风的风源。间较长（几个月），是强太阳风的风源。6、太阳风：日冕抛向行星际空间的粒子流。由于、太阳风：日冕抛向行星际空间的粒子流。由于日冕处于膨胀状态，因而，

10、无论是否存在太阳活日冕处于膨胀状态，因而，无论是否存在太阳活动，都有稳定的太阳风流出（动，都有稳定的太阳风流出（320-710公里公里/秒），秒），一般情况下太阳风的平均流速为一般情况下太阳风的平均流速为450公里公里/秒。秒。太阳风暴：太阳活动（耀斑、爆发日珥、日冕物太阳风暴：太阳活动（耀斑、爆发日珥、日冕物质抛射等）所引起的高速、高密粒子流。质抛射等）所引起的高速、高密粒子流。四、太阳活动对人类的影响四、太阳活动对人类的影响-日地关系日地关系太阳活动所产生的各种电磁辐射和粒子流太阳活动所产生的各种电磁辐射和粒子流对地磁场、地球大气以及气候变化都会产对地磁场、地球大气以及气候变化都会产生的影

11、响。生的影响。对流层 10C对流层顶 -50C平流层臭氧层 -10C中间层 -80C电离层 0CDD70-90,长波E100-120，中波F160-450，短波高层大气地球表面的平均气温是摄氏地球表面的平均气温是摄氏14度，如果没度，如果没有大气，则为有大气，则为-21度。度。对流层主要通过地面的红外辐射加热，所对流层主要通过地面的红外辐射加热，所以对流层的温度随着高度降低；以对流层的温度随着高度降低；臭氧层吸收太阳的紫外辐射，因此温度升臭氧层吸收太阳的紫外辐射，因此温度升高；高；高度再增长时，温度下降；高度再增长时，温度下降；到达电离层时，由于吸收太阳的到达电离层时，由于吸收太阳的x射线，温

12、射线，温度又迅速升高，最高温度可达摄氏度又迅速升高，最高温度可达摄氏1100度。度。电离层之外是地球的外层大气，延伸到地电离层之外是地球的外层大气，延伸到地球外球外2-3千公里。千公里。地球磁场地球磁场自转轴磁轴太阳活动对地球的影响太阳活动对地球的影响磁层顶磁层顶地磁暴：地球磁场的强烈扰动。地磁暴的地磁暴：地球磁场的强烈扰动。地磁暴的形成是由太阳活动产生的高速太阳风压缩形成是由太阳活动产生的高速太阳风压缩地球地球磁层磁层引起的，是磁层把从太阳风捕获引起的，是磁层把从太阳风捕获的能量在自身内部进行释放的过程。的能量在自身内部进行释放的过程。磁层的扰动影响与其相连的地球电离层和磁层的扰动影响与其相

13、连的地球电离层和地层大气，使整个地球大气层都发生相应地层大气，使整个地球大气层都发生相应的扰动。的扰动。1、地球磁场变化引起罗盘失灵，影响飞机船舶、地球磁场变化引起罗盘失灵，影响飞机船舶航行及雷达的正常工作；同时地磁场的变化也会航行及雷达的正常工作；同时地磁场的变化也会对电力系统及输油管道的正常工作产生影响，因对电力系统及输油管道的正常工作产生影响，因为强烈的磁暴在闭合导电回路中产生强大的感应为强烈的磁暴在闭合导电回路中产生强大的感应电流，使输电线路发生故障。电流，使输电线路发生故障。2、太阳活动对电离层的扰动影响无线电通讯。、太阳活动对电离层的扰动影响无线电通讯。电离层（电离层（70-400

14、公里）是由于太阳辐射引起地球公里）是由于太阳辐射引起地球大气分子电离产生的，太阳辐射的变化将引起电大气分子电离产生的，太阳辐射的变化将引起电离层的变化。离层的变化。无线电波是通过电离层的反射而传播的，电离层无线电波是通过电离层的反射而传播的，电离层的运动和变化增加了传播信号的噪声，低层的运动和变化增加了传播信号的噪声，低层（D）的吸收降低信号的强度。）的吸收降低信号的强度。夜晚的短波通讯效果比白天好。（稳定）夜晚的短波通讯效果比白天好。（稳定）正常情况下，电离层中的扰动幅度较小，不会对正常情况下，电离层中的扰动幅度较小，不会对通讯产生太大影响，但太阳活动造成的电离层状通讯产生太大影响，但太阳活

15、动造成的电离层状态突变会使通讯中断。态突变会使通讯中断。3、太阳活动所产生的高能粒子流对宇航员及卫星太阳活动所产生的高能粒子流对宇航员及卫星系统造成危害。系统造成危害。4、极光现象：常出现与地磁极附近大气中的彩色、极光现象：常出现与地磁极附近大气中的彩色发光现象。来自太阳的高能粒子流在地磁场的作发光现象。来自太阳的高能粒子流在地磁场的作用下，沿磁力线飞向极区用下，沿磁力线飞向极区，使高层大气中的分子，使高层大气中的分子或原子激发或电离而产生。或原子激发或电离而产生。5、太阳活动和地球气候变化的关系、太阳活动和地球气候变化的关系大量的统计资料表明，太阳活动和地球气大量的统计资料表明，太阳活动和地

16、球气候变化具有相关性。候变化具有相关性。三个因素：三个因素：太阳总输出能量的变化（一个黑子周期间太阳总输出能量的变化（一个黑子周期间变化幅度小于变化幅度小于0.1%。太阳常数。太阳常数-垂直太阳垂直太阳方向单位面积上在单位时间接收到的太阳方向单位面积上在单位时间接收到的太阳辐射能。约为辐射能。约为1.96卡卡(厘米厘米2分钟分钟=1.37千千瓦瓦/米米2)）；）；紫外和远紫外辐射的变化；紫外和远紫外辐射的变化；太阳风和磁场的变化。太阳风和磁场的变化。太阳活动中紫外和远紫外辐射的变化很大。太阳活动中紫外和远紫外辐射的变化很大。太阳电磁辐射对地球表面和大气层的加热，太阳电磁辐射对地球表面和大气层的

17、加热，形成了大气层的温度垂直分布结构和大气环形成了大气层的温度垂直分布结构和大气环流，尤其是在对流层中造成了各种复杂的大流，尤其是在对流层中造成了各种复杂的大气现象。太阳电磁辐射中，波长短于气现象。太阳电磁辐射中，波长短于1400埃埃的紫外部分，是造成地球大气电离层和臭氧的紫外部分，是造成地球大气电离层和臭氧层的主要电离源。这些辐射会引起地球上层层的主要电离源。这些辐射会引起地球上层大气的扰动及臭氧层的变化。大气的扰动及臭氧层的变化。太阳活动产生的高速太阳风扰动地球磁场产太阳活动产生的高速太阳风扰动地球磁场产生磁暴，加热高层大气，引起气压的变化，生磁暴，加热高层大气，引起气压的变化，产生大气环

18、流，导致气候的变化。产生大气环流，导致气候的变化。The Earths rotationtwists the convection currents to establish global atmospheric circulation patterns.The Earths rotation6、某些细菌和微生物的活动也可能受太阳、某些细菌和微生物的活动也可能受太阳辐射的制约；辐射的制约；某些疾病如流行性感冒，心血管疾病等也某些疾病如流行性感冒，心血管疾病等也与太阳黑子数有关；与太阳黑子数有关；7、树木生长的年轮圈的疏密情况明显地呈、树木生长的年轮圈的疏密情况明显地呈现现11年的周期性，主极大

19、对应于活动的峰年的周期性，主极大对应于活动的峰年。年。太阳峰年地面上的紫外线有多少？太阳峰年地面上的紫外线有多少？8、太阳活动和地震有关吗？、太阳活动和地震有关吗？地震：地球板块的错动、断裂及滑动等。地震：地球板块的错动、断裂及滑动等。大量的统计结果显示，地震也呈现大量的统计结果显示，地震也呈现11年和年和22年的活动周期，与黑子活动有关。根据年的活动周期，与黑子活动有关。根据地磁扰动进行地震预报也取得了一定的成地磁扰动进行地震预报也取得了一定的成功。原因何在？功。原因何在？太阳活动发出的大量辐射和带电粒子流使地太阳活动发出的大量辐射和带电粒子流使地磁场受到强烈扰动，磁暴可在地壳中产生力磁场受

20、到强烈扰动，磁暴可在地壳中产生力的作用，成为地震的导火索。的作用，成为地震的导火索。太阳耀斑触发了地震，高能粒子形成潮汐一太阳耀斑触发了地震，高能粒子形成潮汐一样的能量波，其中的甚低频辐射使已积聚巨样的能量波，其中的甚低频辐射使已积聚巨大应力的断层发生共振。大应力的断层发生共振。五、太阳物理的研究意义五、太阳物理的研究意义1、太阳是一个典型的恒星，详细研究可了解众多恒、太阳是一个典型的恒星，详细研究可了解众多恒星的详细情况；星的详细情况；2、太阳提供了地面难以实现的物理环境，对其研究、太阳提供了地面难以实现的物理环境，对其研究可促进其他学科的发展；可促进其他学科的发展；3、非常重要的应用价值：

21、、非常重要的应用价值：太阳活动预报太阳活动预报开发利用太空的需要开发利用太空的需要卫星：侦察、气象、资源、通讯、导航、空间站、卫星：侦察、气象、资源、通讯、导航、空间站、空间望远镜等空间望远镜等空间太阳能发电站、无线能量传输空间太阳能发电站、无线能量传输历史上若干重大空间灾害性事件历史上若干重大空间灾害性事件19581958年年2 2月月9-109-10日，地磁暴造成北大西洋电日，地磁暴造成北大西洋电报电缆中断，多仑多停电；报电缆中断，多仑多停电；19721972年年8 8月月4 4日，强磁暴使美国伊力诺斯等日，强磁暴使美国伊力诺斯等州电力电缆中断，变压器损坏；州电力电缆中断，变压器损坏；19

22、791979年年3 3月，对越自卫反击战时，大耀斑导月，对越自卫反击战时，大耀斑导致部队无线通讯完全中断；致部队无线通讯完全中断；19891989年年3 3月月13-1413-14日，强磁暴造成加拿大魁日，强磁暴造成加拿大魁北克地区电网停电；全球无线电通讯受到北克地区电网停电；全球无线电通讯受到干扰，日本一颗通讯卫星异常；美国一颗干扰，日本一颗通讯卫星异常；美国一颗卫星轨道下降；卫星轨道下降；1990199019901990年太阳峰期，高能粒子造成我国风云年太阳峰期，高能粒子造成我国风云年太阳峰期，高能粒子造成我国风云年太阳峰期，高能粒子造成我国风云-IB-IB-IB-IB气象卫星提气象卫星提

23、气象卫星提气象卫星提前报废；前报废；前报废；前报废；1991199119911991年年年年4 4 4 4月月月月29292929日，强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生日，强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生日，强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生日，强磁暴发生后使美国缅因州核电厂发生灾难性破坏；灾难性破坏；灾难性破坏；灾难性破坏；19971997年年年年1 1月月月月6-116-11日的日冕物质抛射日的日冕物质抛射日的日冕物质抛射日的日冕物质抛射 使使使使AT&TAT&T公司通讯卫星公司通讯卫星公司通讯卫星公司通讯卫星报废；报废；报废；报废；19981998年年年年5 5月月月月1919日美国银

24、河四号通讯卫星失效日美国银河四号通讯卫星失效日美国银河四号通讯卫星失效日美国银河四号通讯卫星失效,同时同时同时同时 德国一德国一德国一德国一颗科学卫星报废。颗科学卫星报废。颗科学卫星报废。颗科学卫星报废。2000年年7月月14日产生了一系列显著的灾害性空间天气，日产生了一系列显著的灾害性空间天气，所有卫星探测器减寿，日本所有卫星探测器减寿，日本ASCA卫星失控，等等卫星失控，等等2001年年4月月3日凌晨（日凌晨（2日日21UT）发生）发生25年来最大的太阳年来最大的太阳耀斑，使所有通讯中断，时值中美撞机事件之后耀斑，使所有通讯中断，时值中美撞机事件之后2天，影天，影响重大响重大2003年年10-11月，一系列太阳剧烈活动产生重大影响月，一系列太阳剧烈活动产生重大影响2006年年12月月13日，太阳谷年时产生剧烈太阳活动日，太阳谷年时产生剧烈太阳活动SOHO:SolarandHeliosphericObservatory太阳与日光层观测器太阳与日光层观测器欧洲空间局和美国航空航天局联合发射欧洲空间局和美国航空航天局联合发射发射日期：发射日期：1995年年12月月2日日,1996年年2月月14日到达日到达其永久位置其永久位置重量：重量：2吨吨距地球的距离：距地球的距离：0.01AU=150万公里万公里www.S谢谢。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！72