太阳风与活动周期

太阳风是太阳外部日光层日冕喷射所形成的带电离子流，其扩展到几个太阳半径以外而进入行星际空间范围。太阳风的主要特征如表1-1所示。图1-6为在轨卫星拍摄的太阳日冕喷射时的状态图。探索者卫星的测量表明，太阳风可以延伸到距地球数百亿千米之外的宇宙空间。在太阳日冕连续喷射过程中，其发射出电子流、质子流、双电荷氦离子流以及少量的其他重离子流，这些粒子流统称为太阳风。Barth 1997太阳风是一种电中性的等离子体流，其从太阳外部大气层向行星际空间传输时，传输速度在300 km/s到900 km/s之间，等离子体温度在104～106 K范围，密度在1～30 particle/cm3范围，这些带电粒子的能量在0.5～2.0 keV/nuc范围内。图1-7为SOHO卫星在1997年2月23日至3月7日在轨实际测量的太阳风密度和速度变化情况。

表1-1　太阳风的主要特征

图1-6　太阳日冕喷射

图1-7　太阳风密度和速度的测试结果

近地空间带电粒子环境的变化主要受太阳活动的影响，太阳即是近地空间带电粒子的主要来源，也对其在近地空间的分布起调节作用，近地空间的高能质子和重离子主要来源于太阳周期性能量粒子的爆发。地球辐射带外部区域捕集的带电粒子主要来源之一就是太阳风。

由于银河宇宙射线重离子起源于太阳系以外，当它们在行星际空间传播时，要与太阳风进行“抗争”。结果是银河宇宙射线强度在太阳系行星际空间呈现出周期性分布，并与太阳活动程度相关。地球大气层的中子也是由于银河宇宙射线重离子与大气层氧原子及氮原子相互作用的核反应产物，所以说，大气层中子的分布特征也受太阳活动周期的影响。总之，地球辐射带中带电粒子的分布特征既受到太阳活动的长期变化，也受到太阳爆发等瞬态事件的影响。

在太阳活动程度的度量方面，一般采用太阳黑子数的多少和F10.7 cm射电强度来表征，但辐射事件与强度之间并没有直接的明确关系。图1-8为1610—1998年期间观测到的年平均太阳黑子数的统计分布图，图1-9为1940—2005年期间观测到的F10.7 cm射电强度统计分布图。现已知道，当太阳活动处于最大状态的后期阶段时，会较频繁地出现大型太阳粒子事件，这时候辐射带中捕集电子的强度会变得较高。而在太阳活动处于最小状态下时，低地球轨道的捕集质子强度达到最大，但准确的峰值分布与一定的位置有关。

在太阳最小年的情况下，银河宇宙射线强度也处于最大，但与太阳的极化状态有关，图1-10给出了约50年的太阳黑子活动情况，从图中可以看出太阳活动具有明显的周期性。

图1-8　1610—1998年期间观测到的年平均太阳黑子数(www.xing528.com)

图1-9　太阳F10.7 cm射电强度测量

图1-10　太阳活动黑子周期