日地之链—太阳风

　　北京天文台研究员王家龙 随着当代高科技研究成果在侦察、作战、资源探测与空间开发利用等领域被加速推广使用，人类对于空间环境及其变化的关注程度也在迅速增长。这些参量来自一颗1998年投入服务的探测卫星。这种现实，在几十年前也许只能是少数日地科学研究者的一个相当渺茫的设想。

　　日地之间有何物

　　日地关系的探索具有很长的历史。到本世纪的前半期，由于无线电通讯的发展，日地关系研究中，在地球电离层和地磁场变化与太阳活动的关系上取得了相当大的进展。50多年前，太阳和地球物理工作者已经分析出：与太阳耀斑相关的电磁辐射和微粒辐射会偶发性地袭击地球；与太阳上某些特殊区域相关的微粒流会在一定时期里重现性地扫过地球，影响地球的空间环境。虽然如此，那时侯的流行看法依然认为，日地之间除了偶有来自太阳的微粒之外，是略含尘埃的真空。

　　历史上有三个方面的研究工作彻底动摇了日地之间基本上是真空的成见。其一是黄道的偏振问题。黄道光是在中纬和低纬地区，于春季黄昏后在西方地平线上或秋季日出前在东方地平线上能观测到的淡弱的发光现象，它主要由行星际尘埃散射太阳光而成。分析黄道光偏振度时，发现如果偏振是由电子散射产生，则黄道带的电子密度会相当大，远非真空可比；其二是极光现象与地球磁场的扰动总是频繁地发生，表明地球应是不断地受到粒子流的轰击；第三个否定真空想法并且导致提出太阳风概念的是对彗星尾部延伸方向的观测，发现了彗尾物质不但作加速运动，而且彗尾与太阳—彗星联线之夹角总是和彗星在太阳—彗星联线的垂直方向的运动速度有很好的相关性。显示出，不是光压，而是应该有相当稳定的物质“风”从太阳吹向行星际空间。

　　太阳风的形态

　　近二三十年来，太阳风的观测与研究有了长足进展。在地面上，可以使用无线电方法，例如用射电望远镜测量射电天体发来的无线电信号的闪烁，推测太阳风的结构和运动状态；在空间，可以用多颗人造飞行器直接地、连续地对太阳做多点实地取样。空间大国或集团不但对地球轨道附近的太阳风不断做探测，也探测了太阳极区发出的太阳风。

　　大量的研究结果给太阳风的面貌与性质作了越来越详细的描述。起源于平静的日冕区的太阳风称为宁静太阳风。宁静太阳风开始于日冕物质从较低处以较低的速度作膨胀，渐渐离开太阳表面。随着离太阳距离的增加，膨胀的速度变大，密度不断减小。直到距太阳某个距离附近，往外流的太阳风的速度超过了当地的声速，成了超声速流动。到地球附近时，太阳风的速度平均为每秒300多公里，密度为每立方厘米几个粒子，其主要成分是质子、电子和氦原子核。

　　探索太阳风的奥秘

　　太阳风自从形成的初期就携带着磁场离开太阳奔入行星际空间，形成了行星际磁场。人造卫星的观测发现，行星际中磁力线的走向具有螺旋线形状。空间与地面观测的综合分析表明，地球磁场的被扰动程度与太阳风的速度密切相关。有一类太阳风高速流，在一定时期内以27天为周期重复出现，使得地磁场也出现周期性扰动。这类高速流是从称为冕洞的日冕低密度区域发出的，流速可达每秒四五百公里。另有一类高速太阳风流，它们与太阳抛射物质事件或爆发现象有关，还有时伴有高能荷电粒子的大量增加。这类高速太阳风流的速度甚至高达每秒900公里。当它们与地球相遇时，会使地球的空间环境发生灾难性的扰动。

　　太阳风距我们如此近，对地球环境又这么重要，但是我们对太阳风并无充分的了解。至今我们还不清楚为什么太阳风能被加速，我们还不能准确预测在空间何处与何时会有何种太阳风与我们相遇，以及定量上对地球环境的扰动效果。许许多多有关太阳风和日地空间的问题，将成为我们进入21世纪时面对的挑战。

（科技日报）