太阳圈物理学
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太阳圈物理学（来自首码“helio”，源自阿提卡希腊语“h ḗ lios”，意为太阳，和名词“physics”：物质和能量及其相互作用的科学）是太阳的物理学及其与太阳系的联系[1]。NASA定义[2]太阳圈物理学是
(1) 综合太阳系科学的新名词：连结太阳系，
(2) 对地球空间环境的探索、发现和理解，和
(3)将宇宙中受我们的太阳恒星影响的区域中所有相关现象结合在一起的系统科学。
太阳圈物理学聚焦研究太阳对地球和太阳系内其他天体的影响，以及太空条件的变化。它主要涉及地球和其他行星的磁层、电离层、热层、中间层和高层大气。太阳圈物理学结合了太阳科学、太阳日冕、太阳圈和地球空间，涵盖了各种各样的天文现象， 包括“宇宙射线和粒子加速、太空天气和辐射、尘埃和磁重联、核能发电和太阳内部动力学、太阳活动和恒星磁场、航空学和太空等离子、磁场和全球变化”，以及太阳系与银河系的相互作用。
历史和字源
[编辑]“太阳圈物理学”（俄语：“гелиофизика”）被广泛用于俄语科学文献。 苏联大百科全书第三版（1969年-1978年）将“太阳圈物理学”定义为“[…] 天体物理学研究太阳物理学的的一个部门”[3]。 在1990年，负责苏联和后来的俄罗斯和前苏联的高级学位的高等认证委员会设立了一个新的专业“太阳系物理学和太阳圈物理学”。在大约2002年之前的英语科学文献中，太阳圈物理学一词偶尔被用来描述“太阳物理学”的研究[4]。因此，它是法语“héliophysical”和俄语“гелиофизика”的直接翻译。2002年左右，美国太空总署戈达德太空飞行中心的约瑟夫·达维拉（Joseph M.Davila）和芭芭拉·汤普森在他们为国际太阳物理年（2007-2008）做准备时采用了这个词，这是在国际地球物理年之后的50年；为此，他们采用了这个术语，将其含义扩展到包括太阳的整个影响范围（heliosphere）。作为新扩展含义的早期宣导者，乔治·西斯科提出了以下特征：
“太阳圈物理学[包括]环境科学，是气象学和天体物理学之间的一种独特的混合，包括一组数据和一组范例（一般定律可能大多尚未发现），这些范例是太阳圈中磁化等离子和中性粒子与自身以及引力体及其大气层相互作用所特有的。”
2007年前后，时任美国太空总署科学任务理事会太阳与地球连接部主任的理查·R·费舍尔受到美国太空总署署长的挑战，要求他为自己的部门想出一个最好以“物理学”结尾的简洁新名称[5]。他提议“太阳圈物理学科学部”，从那时起就一直在使用。太阳圈物理学科学部使用“太阳物理学”一词来表示对太阳圈及其相互作用物体的研究，最著名的是行星大气层和磁层、太阳日冕和星际介质。
太阳圈物理研究直接与更广泛的物理过程网络相连，这些物理过程自然地扩大了其范围，超出了美国太空总署将其局限于太阳系的狭隘观点：太阳圈物理学一般从太阳物理学延伸到恒星物理学，涉及原子核物理学、等离子物理学、太空物理学和磁层物理学等几个分支。太阳圈物理学是研究太空天气的基础，也是理解行星适居性的直接内容。太阳圈物理学和（天体-）物理科学之间的众多联系在一系列文章中得到了探索[1] （页面存档备份，存于互联网档案馆）美国国家航空航太局资助十多年开发的太阳圈物理学教科书暑期学校 （页面存档备份，存于互联网档案馆）为该学科的早期职业研究人员开设。
背景
[编辑]太阳是一颗活跃的恒星，而地球位于其大气层内，因此存在动态相互作用。 太阳的光影响地球上的所有生命和过程； 它是允许并维持地球上生命的能源提供者。 然而，太阳也会产生被称为太阳风的高能量粒子流，以及可能危害生命或改变其演化的辐射。 在地球磁场和大气层的保护下，地球可以被视为宇宙中的岛屿，生命在这里发展和繁荣。[6][7]
研究地球和太阳圈相互交织的反应，因为地球沉浸在这种看不见的环境中。 地球低层大气层的保护层上方是由带电和磁化物质与穿透辐射和高能粒子缠绕而成的等离子体汤。 现代科技很容易受到极端太空天气的影响——由太阳磁活动驱动的高层大气和近地空间环境的严重扰动。 极光事件期间地球表面产生的强电流可能会扰乱和损坏现代电网，并可能导致石油和天然气管道的腐蚀。[8]
太阳圈物理学研究计划
[编辑]已经开发出一些方法来观察太阳的内部运作并了解地球磁层如何回应太阳活动。 进一步的研究涉及探索表征太阳与太阳系关系的复杂相互作用的完整系统。[6][7]
- 了解太阳、太阳圈和行星环境中能量和物质流动的变化。
- 探索太空等离子体系统的基本物理过程。
- 定义地球-太阳系统变化性的起源和社会影响。
太阳圈
[编辑]等离子体及其嵌入的磁场会影响行星和行星系统的形成和演化。 太阳圈保护太阳系免受银河宇宙辐射。 地球受到磁场的屏蔽，保护它免受太阳和宇宙粒子辐射以及太阳风对大气的侵蚀。 没有屏蔽磁场的行星，例如火星和金星，会暴露在这些过程中并以不同的方式演化。 在地球上，磁场在偶尔的极性反转期间会改变强度和结构，从而改变地球对外部辐射源的屏蔽。[10]
磁层
[编辑]确定地球磁层、电离层和高层大气的变化，以便规范、预测和减轻其影响。 太阳圈物理学致力于了解近地等离子体区域对太空天气的反应。 这个复杂、高度耦合的系统保护地球免受最严重的太阳扰动，同时重新分配能量和质量。[9][10]
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Gough, D.O. Our first inferences from helioseismology. Physics Bulletin. 1983, 34: 502–507. Bibcode:1983PhB....34..502G.
- ^ ``Heliophysics. The New Science of the Sun - Solar System Connection: Recommended Roadmap for Science and Technology 2005 - 2035.; https://ntrs.nasa.gov/search.jsp?R=20090010233 （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ Гелиофизика | это... Что такое Гелиофизика?. Словари и энциклопедии на Академике. [2022-11-13]. （原始内容存档于2022-11-13） （俄语）.
- ^ Gough, D.O. Heliophysics Gleaned from Seismology. ASP Conference Series. September 2012, 462: 429–454. Bibcode:2012ASPC..462..429G. arXiv:1210.1114
.
- ^ Richard Fisher speaking just after the 1h30m mark in this youtube movie （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ 6.0 6.1 6.2
本条目引用的公有领域材料来自美国太空总署的文档《Heliophysics》。
- ^ 7.0 7.1 Pesnell, W. Dean; Thompson, B. J.; Chamberlin, P. C. The Solar Dynamics Observatory (SDO). Solar Physics. 2011, 275 (1–2): 3–15. Bibcode:2012SoPh..275....3P. doi:10.1007/s11207-011-9841-3 .
- ^
本条目引用的公有领域材料来自美国太空总署的文档《Big Questions》。
- ^ 9.0 9.1
Burch, J. L.; Moore, T. E.; Torbert, R. B.; Giles, B. L. Magnetospheric Multiscale Overview and Science Objectives. Space Science Reviews. 2015, 199 (1–4): 5–21. Bibcode:2016SSRv..199....5B. doi:10.1007/s11214-015-0164-9 .
- ^ 10.0 10.1
本条目引用的公有领域材料来自美国太空总署的文档《Focus Areas》。
