§3 日地空间
日地空间包括太阳、太阳与地球之间的行星际空间（主要物质是太阳风与行星际磁场）和地球空间。太阳是地球上所有生命的源泉，太阳的变化，制约着地球空间的状态，也影响日球空间。因此，太阳虽是一颗普通的恒星，但在太空科学中的地位极为特殊。了解了太阳的特征和变化规律，就很容易理解地球空间是怎样的形态，为什么那样变化，为什么会有日球等等。基于以上考虑，我们从太空诸层次的中间出发，向更小、更大的层次延伸，以便更清楚的了解对人类有直接影响的太空变化的因果关系。
3.1 太阳
太阳是太阳系中最大的物体，她含有太阳系大约99.8%的质量，主要由氢和氦构成。从质量上来说，太阳含有大约75%的氢和25%的氦，从原子数上来说，氢约占93.1%，氦约占7.8%，其它(金属)仅占0.1%。太阳的直径为1.39×106km，是地球的109倍，其体积则是地球的130万倍。太阳总能量输出是3.82×1026W，到达地球的能量为1.73×1017W，单位时间内在地球表面接收到的辐射能为1.37kW/m2（太阳常数）。
3.1.1太阳的结构
一、太阳内部结构
根据在太阳内各部分发生的不同过程，可将太阳内部分成四个区域：日核、辐射区、界面层和对流区。
太阳的中心称日核，厚度约为太阳半径的四分之一。太阳能量在太阳的深核中产生。在那里，温度高达1.5×107度，密度高达151g/cm3(大约是金的10倍)，因而发生核聚变反应(41H +2e→4He +2中子+ 6 光子)。每个氦核比初始质子的质量小3%，根据爱因斯坦方程E=mc2，这个差别转换为能量。产生的能量然后被带到太阳表面(光球层)，在那里作为光和热释放出来。太阳的绝大多数能量以可见光的形式出现，它的变化率最小。太阳也产生紫外、χ射线、γ射线和射电发射，这些电磁辐射的变化率远比可见光的高。从中心往外，温度和密度逐渐减小降低，在日核的边缘（约距中心175，000km），温度仅为中心的一半，密度降20g/cm3到。
从日核往外是辐射区，其外半径约为太阳半径的0.86倍；在日核产生的能量以光子的形式向外传播。虽然光子以光速传播，但由于在辐射区的粒子太密，光子在传输过程中，在粒子之间要经过无数次弹跳，因此，光子要用大约一百万年才能到达交界面。从辐射区低部到顶部，密度由20g/cm3降低0.2g/cm3到（低于水的密度），温度从7,000,000 C降到2,000,000 C。
界面层位于辐射区与对流区之间。对流区的流动在其低部缓慢消失，以便与辐射区的状态匹配。这个薄层近年越来越引起人们的重视，因为目前普遍认为太阳磁场是由这个薄层中的磁发电机产生的。在这个层中流体流速的变化可拉伸磁力线，使磁场增强。
对流区是太阳内部的最外层，从大约200000km的深度一直到可见的表面。在对流区底部，温度大约2000000 C。这个温度对重离子（如碳、氮、氧、钙和铁）来说太“冷”了，足以保持它们的一些电子，这使得物质更不透明，难以通过辐射。这样就捕获了热量，最终使流体不稳定，开始“沸腾”和对流。这些对流运动携带热量相当快地到达表面。流体在上升使膨胀并变冷。在可见的表面，温度下降到5700 K，密度仅
0.0000002g/cm3（大约是海平面空气密度的1/1000）。对流运动本身在表面以米粒和超米粒的形式是可见的。
二、太阳大气
太阳大气由光球层、球层、过渡区和日冕组成。
光球层是太阳极薄的可见表面层，大约几百公里厚。当我们用肉眼观察太阳时，看到的明亮的日轮就是这个球层。太阳在可见光波段的辐射，几乎全部是光球发射的。
用简单的望远镜就可以观测到光球层的许多特性，如暗的黑子、亮的光斑和米粒。用多普勒效应可测量在光球层的物质流，这些测量可揭示超米粒、大尺度流以及波和震荡的图形。
太阳围绕其轴以27天为周期旋转，这种旋转最早是通过观测太阳黑子数探测到的。太阳自旋轴与地球
轨道的轴倾斜7.25︒, 因而我们在每年的9月可看到更多的太阳北极，在三月看到更多南极。
球层是光球层上面的不规则层，大约2500km厚。在球层中温度单调地升高，从600︒C 升到大约20000︒C。在这样的高温下，氢辐射的光发出红移颜（H- 发射）。这种带有颜的发射可在日珥中看到。这就是为什么给这个层起名为球层的原因。
动物的成语球层也是太阳活动的区域。耀斑、日珥、暗条喷发、耀斑环中的物质流等，都可以在球层观测到。
过度区是太阳大气很不规则的薄层，它将热日冕与冷的球层分开。过渡区仅30km厚，温度从2×104︒C 快速升高到10×105︒C 。但目前人们对过渡区的了解甚少。于1998年4月1日发射的TRACE(Transition Region And Coronal Explorer)飞船，专门研究过渡区的特征。
日冕是太阳的最外层大气。它在球层以上，直至几个太阳半径甚至更远。日冕是温度为108K的较稀薄的等离子体，其电子数密度在底部约108~1010cm-3，向外密度减小。日冕辐射覆盖了从X射线到无线电波的整个电磁波谱段。在远紫外(XUV)和X光波段，日冕辐射则强于光球及球，成为主要发射源。
地面与空间观测技术的发展，使我们观测到多种多样的日冕特征：
头盔形冕流：头盔形冕流是带有长尖峰的、大的帽状结构，通常位于太阳黑子和活动区的上面。常常发现日珥和暗条位于这些结构的底部。头盔形冕流是连接到活动区黑子的磁环网络形成的，并帮助悬浮太阳表面以上日珥物质。闭合磁力线捕获了带电的日冕气体，从而形成了这些相对稠密的结构。尖峰是由离开太阳的太阳风在冕流间的作用形成的。
极羽：极羽是从太阳南、北极向外抛射的长、薄的冕流。常常发现在这些特征根部的亮度区伴随小的磁区。这些结构伴随太阳极区的开磁力线。极羽形成的机制与头盔形冕流的尖峰相同。
房屋转让协议日冕环：日冕环围绕活动区的黑子，这些结构伴随着连接太阳表面磁区的闭合磁力线。许多日冕环持续几天到几周。伴随耀斑发生的某些日冕环持续较短的时间。这些环含有的物质比周围的稠密。日冕环的三维结构和动力学是当前很活跃的研究领域。军训的意义
冕洞：日冕洞在50年代后期就已经被观测到，对冕洞做较多观测是从Skylab开始的。冕洞在软X射线、白光观测下是黑暗部分，在射电波段观测是弱强度区，而用HeⅠλ10830A 谱线观测则是亮的。冕洞是日冕的低温、低密度区。其温度与密度约为宁静日冕的几分之一。
当用低温谱线观测时，冕洞变得愈加不清楚，这表明冕洞确实是日冕的结构。
冕洞在形态上可分为三类：极区冕洞，经常出现于南北极区；单个的中低纬冕洞，尺度较小；从极区
向赤道发展延伸的冕洞，有时越过赤道甚至达20︒左右。将冕洞与地面磁场观测相比，可知冕洞中磁场是开放型的，而其周围则是闭合形的场区。冕洞中磁场强度一般很弱，高者可达十几高斯。冕洞的平均寿命为6个自转周，长者达10个自转周或更长，较一般黑子寿命长。冕洞随太阳自转作刚性转动，表明它可能受磁场强烈约束。一个单个的大延伸冕洞可覆盖日面达十分之一左右，日面上总的冕洞面积可达日面五分之一左右。冕洞的变化速度相当低，大约是(1.5±0.5)km/s。
在60年代末，70年代初，就已经知道重现型太阳风高速流与低密度冕区有关，冕洞对应于发散的磁场区域，从而导致了冕洞是太阳风高速流之源的重要结论。极区冕洞常占有冕洞的大部分。因此极区冕洞发出的磁力线对行星际磁场常常有重要贡献。极区冕洞能产生高速太阳风，但是这股风不一定能到达地球。低纬冕洞产生的高速太阳风的速度可能与冕洞面积有关。地球附近来自冕洞的高速太阳风速可达500km/s以上。冕洞的形态、磁场形态变化及演化等是当前冕洞研究的前沿课题。
在太阳表面以上，电离的日冕气体温度很高，足以克服太阳引力，以400～800km/s的典型速度离开太阳。这个外流的等离子体称为太阳风。太阳风主要由质子和电子组成，但有少量氦核及微量重离子成分。在地球轨道附近，每立方厘米的太阳风中含有大约8个质子和等量的电子。
日面上的各个部分和整个大气层到处都有磁场存在，但它的位形要比地磁场复杂得多。太阳磁场一般分为活动区磁场、普遍磁场和整体磁场。从纵的方向看，太阳各层的磁场很不相同．从横的方向看，
日面各部分磁场相差较大，有大范围的大尺度磁场，也有直径不到几万公里的小尺度场．在日面各种各样的磁场中，黑子磁场是最强的磁场．太阳磁场错综复杂的变化造成太阳上极其微妙的各种活动现象。图3-1显示了由SOHO飞船上的MDI仪器获得的第一个高分辨率的磁照图。图中亮的区域是正的，表示磁力线从太阳穿出。
非传统安全包括哪些内容太阳磁场在整个太阳周期中随太阳黑子演变。在表面下电离气体运动的驱动下，太阳磁场的北极和南极围绕太阳黑子数最大年大约每11年反转。结果，太阳磁“极性”具有大约22年的周期。在太阳活动最大时，磁场更复杂。
3.1.2 太阳辐射
太阳辐射主要包括电磁辐射和粒子辐射，但绝大多数能量集中在电磁辐射，特别是在可见光波段。粒子辐射能量比电磁辐射能量小得多，但变化很大，对地球空间的状态有明显的影响，因此是日地物理学研究关注的重要问题。
一、太阳电磁辐射
太阳电磁辐射覆盖了从 射线、 射线、紫外线、可见光、红外，知道射电波段的米波区，其波段划分见表3-1所示。公司起名字大全
表3-1 电磁辐射频谱
二、太阳粒子辐射
3.1.3 太阳的爆发性活动
太阳的变化性包括电磁辐射和粒子辐射变化，所有这些变化又与太阳磁场的演变有关。以电磁辐射和带电粒子辐射输出的太阳能量，以秒、世纪及地质时代的时间尺度变化。太阳电磁辐射在可见光波长(最直接影响天气和气候的区域)变化最小，在短波区(紫外和Χ射线)及射频变化最大。带电粒子包括低能太阳风等离子体和高能粒子，如被加速到接近光速的高能质子，它们携带了太阳的部分能量。
地球对太阳能量变化的响应有不同的形式。例如，爆发性的快速日冕质量抛射事件可触发磁暴；对以11年太阳周期变化的短波电磁辐射可影响地球高层大气的化学、结构和动力学，而长期的太阳常数变化可影响全球的气候。本节介绍太阳的爆发性活动，主要是耀斑和日冕物质抛射，下一节介绍太阳周期性的变化。
一、耀斑
耀斑定义为太阳亮度突然的、快速和强烈的变化。当太阳大气中积累的磁能释突然放时，耀斑发生。强烈的辐射覆盖整个电磁波谱，包括γ射线、Χ射线、紫外线、可见光，直到射电波段各种电磁辐射，同时，电子、质子和重离子等粒子在太阳大气中被加热和加速。一个典型耀斑释放的能量为每秒1020J的量级，大的耀斑可发射高达1025J的能量，等效于在同时爆炸几百万个亿吨级的。这个能量比火山爆发所释放的能量大1千万倍。另一方面，它小于太阳每秒钟所发射总能量的1/10。
耀斑的高能电磁和粒子辐射在地球空间产生强烈的地球物理效应。主要有软χ射线爆发引起的电离层突然骚扰和地磁效应，耀斑激波引起的行星际激波造成地磁暴，耀斑粒子流引起地磁暴、极盖吸收效应和极光。
一个典型的耀斑在时间上可分为预耀斑相、爆发相(或脉冲相)、渐变相，如图3-1所示。
图3-1 太阳耀斑的时间序列
预耀斑相：软Χ射线波段可观测到较长时间的辐射缓增。爆发相(或脉冲相)：除了γ射线的辐射延迟之外，其余各波段辐射几乎同时快速增长。质子和电子被加速，能量超过1MeV。在耀斑总体爆发之前，已有少量的粒子能加速到很高的速度，这期间，软Χ谱线的蓝移和变宽显示出有物质以百公里/秒的速度上升。渐变相或主相：以耗能为主。但也观测到一个大耀斑，它有长达1000s的大于10MeV的辐射，70%的π介子在这个位相中产生。整个耀斑的持续时间可以是几秒，也可能长达一个小时。
近10年来空间和地面对耀斑的多波段观测，根本改变了人们关于耀斑的传统观念。现代耀斑概念认为，太阳耀斑是一个按一定时间次序辐射各种电磁波和粒子的三维爆发过程，在这个过程中所观测到光学现象只不过是耀斑的次级现象。
耀斑可将质子和电子加速，直接从太阳沿着行星际磁场(带电粒子的通道)到地球。如果地球由行星际磁场磁联接到耀斑区，这些质子和电子将贡献到磁层附近的高能粒子环境。
耀斑研究的主要课题是：(1)了解太阳发电机；(2)太阳活动的前兆—活动区发展的短期过程和极场的长期积累；(3)磁能在日冕积累的动力学、磁场形态和它们在耀斑发生中的作用。
太阳活动(黑子、光斑、耀斑等)起因于在太阳内部形成的场的喷发，这是发电机过程一部分。为了掌
清明节手抄报资料握太阳活动的规律，必须弄清太阳发电机—磁场是怎样在太阳内部放大的。为了预报未来的活动，必须了解太阳活动的前兆—极场在长时间尺度的积累和个别活动区在短时间尺度的发展。
电磁辐射从太阳到地球传播的时间尺度是几分钟，因此，对UV、EUV和X射线或微波
暴的任何警报能力要求对耀斑预报的方法。而在目前，还没有一种完全可信的预报太阳耀斑
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