太陽風(fēng)是從太陽日冕層持續(xù)向外噴射的高速帶電粒子流，主要由質(zhì)子、電子及少量重離子組成，屬于天文和物理領(lǐng)域的等離子體現(xiàn)象。1958年，美國天體物理學(xué)家尤金·派克（Eugene Newman Parker）首次提出并命名“太陽風(fēng)”。1995年，人類通過白光日冕儀第一次直接觀測(cè)到太陽風(fēng)的存在。
太陽風(fēng)的起源是太陽內(nèi)部各種形式的核反應(yīng)，大量的粒子被加熱加速離開太陽表面，逃逸到行星際空間形成太陽風(fēng)。根據(jù)速度對(duì)太陽風(fēng)進(jìn)行分類可將其分為快太陽風(fēng)和慢太陽風(fēng)兩類。在近地空間，慢太陽風(fēng)的速度為300~500千米/秒，快太陽風(fēng)的速度為750千米/秒。慢太陽風(fēng)源自太陽赤道帶周圍的“流帶”，由冕流打開封閉冕環(huán)磁流而產(chǎn)生。快太陽風(fēng)來自冕洞-磁力線散開的區(qū)域，尤其太陽磁極附近普遍存在這樣的開磁場(chǎng)。太陽的磁場(chǎng)的活動(dòng)是會(huì)變化的，周期大約為11年。太陽風(fēng)與地球上的風(fēng)相比具有密度小、速度快的特點(diǎn)。太陽風(fēng)的密度與地球上的風(fēng)的密度相比，是稀薄而微不足道的，一般情況下，在地球附近的行星際空間中，每立方厘米有幾個(gè)到幾十個(gè)粒子。而地球上風(fēng)的密度則為每立方厘米有2687億億個(gè)分子。太陽風(fēng)的動(dòng)力學(xué)壓力約為2x10-8r-2達(dá)因/厘米2（r以天文單位為單位），它隨距離平方而下降。考慮到中性星際物質(zhì)成分對(duì)太陽風(fēng)的動(dòng)力學(xué)過程的影響因素，理論上推得太陽風(fēng)的邊界大約在25~50個(gè)天文單位。
除給予地球光和熱外，從太陽上涌出的太陽風(fēng)也在影響著地球。當(dāng)太陽風(fēng)到達(dá)地球附近時(shí)，會(huì)與地球的磁場(chǎng)發(fā)生作用。強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴會(huì)引起地磁場(chǎng)的劇烈變化，當(dāng)大量的帶電粒子隨著太陽風(fēng)吹向地球的兩極，就會(huì)在兩極的電離層引發(fā)極光，對(duì)航天、供電、通訊、航空、導(dǎo)航等一系列領(lǐng)域和技術(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生災(zāi)害性的影響。
形成機(jī)制
產(chǎn)生原因
太陽釋放的能量來自于太陽內(nèi)部的核聚變反應(yīng)，從太陽內(nèi)部到太陽光球，溫度隨著與中心距離的增加而逐漸降低。但在光球以上的色球、過渡區(qū)和日冕中，太陽大氣中等離子體溫度從六千多攝氏度猛增到了數(shù)百萬攝氏度，進(jìn)而具備了形成太陽風(fēng)的條件。由于高溫，使日冕等離子體處于膨脹狀態(tài)。在日冕低層，太陽引力較大，能夠控制住日冕等離子體。但隨著太陽引力位能向外的漸小，加上在幾個(gè)太陽半徑以外的日冕氣體仍具有很高的熱能，大量的等離子體克服了引力的束縛，連續(xù)不斷的向外膨脹，于是便形成了太陽風(fēng)。
加速機(jī)制
在太陽風(fēng)研究過程中，研究者們普遍認(rèn)同太陽對(duì)流層中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為了磁場(chǎng)能，再由磁場(chǎng)傳輸?shù)?a href="/hebeideji/7240429769676881953.html">日冕中，并再次轉(zhuǎn)換為等離子體的內(nèi)能和動(dòng)能。對(duì)于磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)換的具體物理過程，則仍存在爭(zhēng)議。帕克博士在二十世紀(jì)七十年代提出了“微耀斑”理論。在該理論中，磁場(chǎng)能量通過一種名叫“磁場(chǎng)重聯(lián)”的物理過程釋放。所謂磁場(chǎng)重聯(lián)，是指磁力線的連接性發(fā)生變化的一個(gè)過程。有如鐵路道岔的轉(zhuǎn)換一樣，磁力線的連接情況將在磁場(chǎng)重聯(lián)過程中發(fā)生轉(zhuǎn)化，重聯(lián)后的總磁場(chǎng)能小于重聯(lián)前的總磁場(chǎng)能，而損失的那部分磁場(chǎng)能則轉(zhuǎn)化為等離子體的動(dòng)能和內(nèi)能。另外一個(gè)理論流派則認(rèn)為，日冕加熱和太陽風(fēng)加速的能量來自于低頻阿爾芬波的耗散過程。如果將磁力線視為琴弦，那么阿爾芬波就是琴弦的顫動(dòng)所形成的波動(dòng)。阿爾芬波形成后，一部分遠(yuǎn)離太陽傳播，另一部分則被反射回太陽表面，進(jìn)而對(duì)太陽風(fēng)進(jìn)行加速加熱。
2022年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)地球和空間科學(xué)學(xué)院、深空探測(cè)實(shí)驗(yàn)室陸全明和王榮生教授研究團(tuán)隊(duì)，發(fā)現(xiàn)行星際太陽風(fēng)中湍動(dòng)磁場(chǎng)重聯(lián)的直接證據(jù)，揭示了行星際太陽風(fēng)中湍動(dòng)磁場(chǎng)重聯(lián)發(fā)生率和背景太陽風(fēng)風(fēng)速的關(guān)系，證實(shí)了湍動(dòng)磁場(chǎng)重聯(lián)可以有效地加速和加熱行星際等離子體。
歷史
地面探測(cè)
1858年，天文觀測(cè)者發(fā)現(xiàn)磁暴每經(jīng)過27天會(huì)重新出現(xiàn)一次。20世紀(jì)初，對(duì)北極光和地磁活動(dòng)的觀測(cè)、研究發(fā)現(xiàn)，極光和磁暴都有27天重現(xiàn)性，該數(shù)據(jù)是在地球上看太陽轉(zhuǎn)了一圈的周期。1859年，英國天文學(xué)家卡靈頓等人先是觀測(cè)到一個(gè)白光耀斑，大約兩天后地球出現(xiàn)了很強(qiáng)的地磁暴，這種現(xiàn)象是引發(fā)“太陽會(huì)往外發(fā)出物質(zhì)”想法的開始。
20世紀(jì)30年代，科學(xué)家已經(jīng)知道太陽的日冕層有幾百萬攝氏度的高溫，這是通過在日全食時(shí)觀察到的日冕的突出形狀推算的。一些相關(guān)的光譜分析工作也證實(shí)了這個(gè)高溫。 20世紀(jì)30～40年代，英國數(shù)學(xué)家查普曼和他的學(xué)生費(fèi)拉羅對(duì)磁暴和極光做了大量的研究，認(rèn)為這些地球物理學(xué)現(xiàn)象都源自射向地球的太陽粒子流。查普曼提出一種設(shè)想：從太陽上發(fā)出的帶電微粒流，沖到地球附近時(shí)，會(huì)在高空形成一個(gè)附加的電流環(huán)，從而擾亂地磁聲產(chǎn)生磁暴。按照這個(gè)設(shè)想，太陽上應(yīng)當(dāng)有一個(gè)區(qū)域在不斷地發(fā)射粒子流，因?yàn)樘栐谧赞D(zhuǎn)，這個(gè)區(qū)域也應(yīng)該跟著太陽一起旋轉(zhuǎn)。這個(gè)區(qū)域逐漸被叫做M區(qū)——M是“神秘”（Mystery）與“磁暴”（Magneticstorm）兩個(gè)詞的第一個(gè)英文字母。1932年，巴特爾斯（Bartels）提出正是M區(qū)的粒子流導(dǎo)致了一些與耀斑沒有關(guān)系的地磁暴。M區(qū)即現(xiàn)在的冕洞，它流出的正是高速太陽風(fēng)。
1950年左右，德國天文學(xué)家霍夫邁斯特和比爾曼提出一種解釋，認(rèn)為這種現(xiàn)象可以用從太陽發(fā)射出的連續(xù)外流物質(zhì)傳遞動(dòng)量給彗星氣體得到解釋，而由此估算出的太陽粒子流動(dòng)的速度約為400公里/秒。這說明：太陽粒子流動(dòng)是一種日常的現(xiàn)象，而且充斥著整個(gè)空間。
1958年，芝加哥大學(xué)物理學(xué)家帕克在《天體物理學(xué)報(bào)》(The Astrophysical Journal)發(fā)表了自己通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)出“太陽風(fēng)”存在的研究成果，首次提出并命名“太陽風(fēng)”。在帕克的數(shù)學(xué)推導(dǎo)中，他描述了粒子如何從太陽中流出，正如水從圓形噴泉向外噴射一樣。帕克博士在前人研究的基礎(chǔ)上，并根據(jù)自己對(duì)太陽的最外層大氣——日冕的研究提出，由于日冕底部的高溫，日冕中存在著比較大的壓強(qiáng)梯度力，日冕氣體并不處于靜力學(xué)平衡狀態(tài)，而是處在穩(wěn)定地連續(xù)膨脹狀態(tài)，大量的日冕氣體可以連續(xù)不斷地跑向星際空間；在日冕底部，物質(zhì)膨脹速度每秒僅幾百米到幾十公里，而在離太陽一千萬公里或更遠(yuǎn)的空間可減速到數(shù)百公里。帕克形象地把這種從太陽上面噴出來的物質(zhì)命名為“太陽風(fēng)”。
1937年，美國人g.瑞伯在自己家里潛心試制射電望遠(yuǎn)鏡，并取得了成功。他建造的射電望遠(yuǎn)鏡也是世界上第一架拋物面型射電望遠(yuǎn)鏡。自此地面探測(cè)太陽風(fēng)，主要通過射電望遠(yuǎn)鏡來實(shí)現(xiàn)。通過射電望遠(yuǎn)鏡對(duì)IPS信號(hào)的探測(cè)可用來反演距離太陽表面5~200倍太陽半徑的廣大行星際空間中的太陽風(fēng)傳播和密度結(jié)構(gòu)的演化。通過接收來自不同方向的宇宙射電源的IPS信號(hào)，從大視場(chǎng)和多視點(diǎn)來遙測(cè)背景太陽風(fēng)，為人們提供了一種既經(jīng)濟(jì)又靈敏的太陽風(fēng)探測(cè)手段，探測(cè)范圍比直接測(cè)量大得多。
印度的IPS觀測(cè)始于20世紀(jì)70年代。使用Ooty寬30米、長530米拋物柱面望遠(yuǎn)鏡，每天監(jiān)測(cè)約120個(gè)致密射電源。采用單站單頻模式觀測(cè)，通過擬合得到閃爍功率譜，進(jìn)而獲得太陽風(fēng)風(fēng)速及閃爍指數(shù)。日本的IPS望遠(yuǎn)鏡由四架寬20米、長100米的拋物柱面天線組成。位于富士（Fuji）、菅平高原（Sugadaira）、豐川（Toyokawa）和木曾（Kiso），兩兩間距約百千米。其中三面可組成一個(gè)三站系統(tǒng)，每天觀測(cè)約100個(gè)射電源，給出太陽風(fēng)風(fēng)速。
1985年，中國在密云區(qū)建成了由28臺(tái)口徑9m的拋物面天線構(gòu)成的綜合孔徑射電望遠(yuǎn)鏡（Miyun Synthesis Radio Telescope，MSRT）開始IPS試驗(yàn)。該望遠(yuǎn)鏡工作在232MHz，天線陣全長1164m。2008年，在密云建成50米口徑射電望遠(yuǎn)鏡開展了單站雙頻、新疆天文臺(tái)25米口徑望遠(yuǎn)鏡開展了單站單頻IPS觀測(cè)。2018年，“中國天眼”500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope），簡(jiǎn)稱FAST，開展了單頻及雙頻IPS觀測(cè)，獲得短時(shí)標(biāo)高動(dòng)態(tài)范圍太陽風(fēng)速。
空間探測(cè)
1959年，蘇聯(lián)的Luna-1號(hào)衛(wèi)星上天，人類首次得以對(duì)太陽風(fēng)進(jìn)行就地觀測(cè)。1962年，美國航空航天局的“水手2號(hào)”(Mariner 2)飛行器在飛往金星的途中觀測(cè)到了穿越星際空間的高能粒子，這證實(shí)了帕克的“太陽風(fēng)”推測(cè)。
20世紀(jì)60年代初，探空火箭的使用使得日面的紫外線和X線觀測(cè)成為可能，太陽風(fēng)源區(qū)的認(rèn)證研究就開始了。當(dāng)時(shí)發(fā)展并沿用至今的一個(gè)主要方法是利用光球磁圖并基于某些假設(shè)來構(gòu)造日冕磁場(chǎng)模型，而后將太陽風(fēng)的局地測(cè)量數(shù)據(jù)映射到日冕某高度，并由該高度沿開放磁力線向日面尋找太陽風(fēng)的源區(qū)。在人類首次探測(cè)到太陽風(fēng)后，曾先后發(fā)射了大量的空間探測(cè)器專門探測(cè)太陽風(fēng)，其中包括1973年發(fā)射的行星際監(jiān)測(cè)平臺(tái)8號(hào)（IPM8）直到目前仍在距離低球40萬~50萬公里的黃道面軌道上監(jiān)測(cè)太陽風(fēng)的主要參數(shù)，其測(cè)量數(shù)據(jù)定期發(fā)表在國際期刊Solar Geophysical 數(shù)據(jù)上，供研究人員分析。另外1974年和1976年發(fā)射的太陽神1號(hào)和太陽神2號(hào)探測(cè)器飛行到距離太陽表面分別為0.31AU和0.29AU的空域近距離實(shí)地探測(cè)太陽風(fēng)。1995年發(fā)射的太陽和太陽風(fēng)層探測(cè)器（Solar and 太陽圈 Observatory，簡(jiǎn)稱SOHO）位于日地之間距離地球150萬公里的第一拉格朗日點(diǎn)（L1）上，通過SOHO搭載的白光日冕儀第一次直接觀測(cè)到太陽風(fēng)的存在。同時(shí)、SOHO攜帶的多種靜電分析儀和法拉第杯太陽風(fēng)探測(cè)儀實(shí)地測(cè)量了太陽風(fēng)的成分、速度、密度和流量等參數(shù)。通過直接跟蹤觀察，1999年初，SOHO還發(fā)現(xiàn)了太陽風(fēng)的源頭，主要來自太陽表面蜂窩狀磁場(chǎng)的邊緣和冕洞。除了SOHO外，在軌運(yùn)行的太陽風(fēng)空間探測(cè)器還有WIND、ACE、ULYSESS等。
2006年9月23日發(fā)射的太陽-B（又稱“日出”）衛(wèi)星，其上裝有日本與美國和英國聯(lián)合研制的太陽光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、太陽X射線望遠(yuǎn)鏡和遠(yuǎn)紫外成像分光光度計(jì)共3臺(tái)科學(xué)觀測(cè)儀器。依靠這“3只眼”，太陽B重點(diǎn)研究了太陽磁場(chǎng)和日冕之間的相互作用，從而加深了對(duì)太陽大氣動(dòng)力機(jī)制等方面的了解，獲取了更多有關(guān)太陽如何向外拋射高能粒子等信息。
2006年10月25日，美國發(fā)射的一對(duì)孿生太陽觀測(cè)衛(wèi)星——“日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)”升空。這2顆衛(wèi)星主要利用在太空中相互錯(cuò)開的優(yōu)越定位“注視”太陽，首次為人類展示了太陽黑子爆發(fā)時(shí)的全景三維圖像，并前所未有地展現(xiàn)了日地之間能量流動(dòng)的獨(dú)特景象，幫助科學(xué)家研究了太陽周邊環(huán)境以及太陽活動(dòng)對(duì)整個(gè)太陽系造成的影響，以及日冕的產(chǎn)生、活動(dòng)及其噴發(fā)帶來的后果，更精準(zhǔn)地觀測(cè)了太陽爆發(fā)。
2010年2月23日，美國“太陽動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)”升空，運(yùn)行在地球同步軌道，以確保幾乎不間斷地觀察太陽磁場(chǎng)、噴發(fā)的等離子體和眾多其他現(xiàn)象，從而能更準(zhǔn)確、及時(shí)地預(yù)測(cè)空間天氣。
2021年10月14日，中國首顆太陽探測(cè)科學(xué)技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星羲和號(hào)在太原衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，該衛(wèi)星的發(fā)射標(biāo)志著中國正式邁入空間探日時(shí)代。“羲和”衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，會(huì)觀測(cè)太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射的光球及色球表現(xiàn)，探究太陽爆發(fā)的源區(qū)動(dòng)態(tài)特性和觸發(fā)機(jī)制，同時(shí)探測(cè)太陽暗條形成和演化過程的色球表現(xiàn)，揭示其與太陽爆發(fā)的內(nèi)在聯(lián)系，還將獲取全日面Hα波段多普勒速度分布，研究太陽低層大氣動(dòng)力學(xué)過程，為解決“太陽爆發(fā)由里及表能量傳輸全過程物理模型”等科學(xué)問題提供重要支撐。
2022年10月9日，中國綜合性太陽探測(cè)專用衛(wèi)星“夸父一號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，開啟對(duì)太陽的探測(cè)之旅。“夸父一號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)是“一磁兩暴”，“一磁”指的是太陽磁場(chǎng)，“兩暴”指的是太陽上兩類爆發(fā)現(xiàn)象，即太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射。搞清楚了這三者之間的聯(lián)系，不僅有助于認(rèn)識(shí)太陽活動(dòng)是怎樣形成和演化的，對(duì)預(yù)報(bào)空間天氣也將提供重要的物理基礎(chǔ)。
相關(guān)概念
日冕：通常把太陽分為內(nèi)部和大氣兩大部分，而大氣又可再分為光球、色球和日冕三個(gè)層次。日冕是一種質(zhì)子電子氣體加少量其它元素（豐度更低）離子的混合物。日冕由溫度約一、二百萬度，濃度約107~108個(gè)/厘米3的稀薄等離子體組成。
冕洞：科學(xué)家們已確認(rèn)速度在450—850公里/秒的快速太陽風(fēng)發(fā)源于冕洞之中。
空間天氣：太陽會(huì)噴發(fā)出大量高能粒子——太陽風(fēng)，它可以在太空中形成一個(gè)動(dòng)態(tài)輻射系統(tǒng)——空間天氣。太陽耀斑和日冕物質(zhì)拋射等劇烈活動(dòng)，給地球磁層、電離層和中高層大氣，衛(wèi)星運(yùn)行和安全，以及人類健康，帶來嚴(yán)重影響和危害，人們把這種由太陽活動(dòng)引起的短時(shí)間尺度的變化，稱為空間天氣。
太陽耀斑：是一種劇烈的太陽活動(dòng)現(xiàn)象，耀斑的爆發(fā)伴隨著高能電子的加速，加速后的高能電子對(duì)耀斑的輻射產(chǎn)生很大的影響。
極光：太陽風(fēng)在地球上空環(huán)繞地球流動(dòng)，以大約每秒400公里的速度撞擊地球磁場(chǎng)。地球磁場(chǎng)形如漏斗，尖端對(duì)著地球的南北兩個(gè)磁極，因此太陽發(fā)出的帶電粒子沿著地磁場(chǎng)這個(gè)“漏斗”沉降，進(jìn)入地球的兩極地區(qū)。兩極的高層大氣，受到太陽風(fēng)的轟擊后會(huì)發(fā)出光芒，形成極光。在南極洲地區(qū)形成的叫南極光。在北極地區(qū)形成的叫北極光。極光的顏色通常與大氣粒子的種類有關(guān)。太陽風(fēng)的高能粒子激發(fā)高層（200千米至500千米）的氧原子一般會(huì)發(fā)紅光，激發(fā)氮一般發(fā)藍(lán)到紫光，而到達(dá)低層（100千米至200千米）的太陽風(fēng)粒子激發(fā)氧原子主要發(fā)綠光。因?yàn)槿搜蹖?duì)綠光和白光更為敏感，所以我們看到的極光主要是綠白色的。
行星際閃爍（IPS）：是指來自遙遠(yuǎn)致密射電源的電磁波在穿過行星際空間時(shí)，被太陽風(fēng)散射形成的射電波強(qiáng)度和相位的一種隨機(jī)起伏現(xiàn)象。通過行星際閃爍觀測(cè)，可以監(jiān)測(cè)太陽風(fēng)，測(cè)量太陽風(fēng)等離子體不規(guī)則結(jié)構(gòu)，研究遙遠(yuǎn)致密射電源角結(jié)構(gòu)。
太陽風(fēng)暴：是指太陽黑子引起的耀斑劇烈爆發(fā)活動(dòng)，是一種持續(xù)時(shí)間短暫、規(guī)模巨大的能量釋放現(xiàn)象，主要以電磁輻射、高能帶電粒子流和等離子體云等三種形式釋放，這些物質(zhì)在行星際空間傳播，并且和行星際介質(zhì)、磁場(chǎng)相互作用，進(jìn)而影響到整個(gè)太陽系的空間環(huán)境。
日球?qū)禹敚河捎谑艿酵獠啃请H介質(zhì)的約束，從太陽往外吹的太陽風(fēng)形成了一個(gè)泡，即日球?qū)印Ｌ栵L(fēng)和星際介質(zhì)的交界面叫做日球?qū)禹敗?/p>
性質(zhì)與特征
組成
太陽風(fēng)的主要成分是電子和質(zhì)子，還有α粒子等一些重離子。其中73%的是氫，25%的是氦，還有其他一些微蹤雜質(zhì)。可是目前還沒有精確的測(cè)量結(jié)果。
速度
太陽風(fēng)連續(xù)存在，來自太陽并以200-800km/s的速度運(yùn)動(dòng)。一般認(rèn)為在太陽極小期，從太陽的磁場(chǎng)極地附近吹出的是高速太陽風(fēng)，從太陽的磁場(chǎng)赤道附近吹出的是低速太陽風(fēng)。太陽的磁場(chǎng)的活動(dòng)是會(huì)變化的，周期大約為11年。在近地空間，慢太陽風(fēng)的速度為300~500千米/秒、溫度為1.4~1.6X106開爾文（K），其成分與日冕成分相近；快太陽風(fēng)的典型風(fēng)速為750千米/秒，溫度為8X105開爾文，其成分與光球成分相近。
太陽風(fēng)實(shí)驗(yàn)使用法拉第杯（一種電荷收集板）來測(cè)量太陽風(fēng)中氫和氦的速度、密度及溫度。在對(duì)太陽風(fēng)進(jìn)行了為期10年超過250多萬次測(cè)量的研究期間，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)的速度從未低于每秒161英里。若再慢一點(diǎn)，太陽風(fēng)就無法逃脫太陽表面。科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)速度越快，其中氦的含量就越多，在最低速度下幾乎觀測(cè)不到氦的存在。這些發(fā)現(xiàn)使科學(xué)家們得知，氦在某種程度上幫助確定了太陽風(fēng)的速度，但他們?nèi)栽谘芯繉?dǎo)致這一現(xiàn)象的確切過程。
密度
太陽風(fēng)的密度與地球上的風(fēng)的密度相比，是稀薄而微不足道的，一般情況下，在地球附近的行星際空間中，每立方厘米有幾個(gè)到幾十個(gè)粒子。太陽風(fēng)的粒子數(shù)密度和磁場(chǎng)強(qiáng)度大致與日心距的平方成反比，溫度變化隨遠(yuǎn)離太陽降低較慢。隨著遠(yuǎn)離太陽，粒子流速度起初增加很快，然后逐漸趨于漸進(jìn)值。太陽風(fēng)粒子流和磁場(chǎng)有復(fù)雜的空間變化和時(shí)間變化，發(fā)生多種擾動(dòng)和磁流波及等離子體現(xiàn)象。對(duì)比快太陽風(fēng)，慢太陽風(fēng)密度低但密度變化大。
太陽風(fēng)中的電子、質(zhì)子的平均能量是1.5至10電子伏特，太陽噴射出的粒子數(shù)目為1.3×1036 每秒。因此太陽風(fēng)的功率為1.95至13×1036 電子伏特每秒，即3.1239至20.826×1017瓦特。這與太陽的輻射通量3.846×1026瓦特相比，太陽風(fēng)的能量是太陽的電磁輻射的0.812至5.41×10-9，即十億分之一量級(jí)。
壓力
太陽風(fēng)的動(dòng)力學(xué)壓力約為2X10-8r-2達(dá)因/厘米2（r以天文單位為單位），它隨距離平方而下降，而星際壓力為達(dá)因/厘米2，因此太陽風(fēng)最終將同星際氣體壓力、銀河磁場(chǎng)和宇宙線壓力相平衡。
日冕物質(zhì)拋射
日冕物質(zhì)拋射（Coronal 質(zhì)量 Ejection，簡(jiǎn)稱CME）是從太陽拋出的大尺度磁化等離子體團(tuán)，攜帶大量磁通量量和等離子體進(jìn)入行星際空間。一次大的日冕物質(zhì)拋射可拋出10億噸物質(zhì)，速度最高可達(dá)2000km/s，拋出的這團(tuán)物質(zhì)在太陽附近的尺度往往比行星還大。CME從太陽釋放到行星際空間即為行星際日冕物質(zhì)拋射（Interplanetary Coronal Mass Ejection，簡(jiǎn)稱ICME）。ICME傳播到近地空間，將會(huì)引起地磁暴、極光等現(xiàn)象，可以對(duì)空間探測(cè)、衛(wèi)星運(yùn)行、通訊、電力設(shè)施和輸油管道等產(chǎn)生顯著影響。
磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)
太陽表面貫穿著持續(xù)變化的閉合和開放的磁力線，太陽風(fēng)沿著開放的磁力線逃逸到太空。太陽開放磁場(chǎng)區(qū)域會(huì)產(chǎn)生冕洞，冕洞會(huì)像間歇泉一般向外噴發(fā)太陽物質(zhì)，每次可持續(xù)幾天，即所謂的太陽羽流。天文學(xué)家認(rèn)為，太陽羽流與太陽風(fēng)存在密切聯(lián)系。NASA戈達(dá)德航天飛行中心的太陽科學(xué)家瓦迪姆·烏里茨基（Vadim Uritsky）等人發(fā)現(xiàn)太陽羽流實(shí)際上由更小的羽狀體組成，他們稱之為小羽流（Plumelets）。這些小羽流獨(dú)立存在，自行振蕩，可能是導(dǎo)致太陽風(fēng)擾動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)因素。
2018年11月，美國航空航天局（NASA）的帕克太陽探測(cè)器發(fā)現(xiàn)了太陽風(fēng)中的奇怪尖峰——粒子在那里加速并改變了太陽風(fēng)的磁場(chǎng)方向。科學(xué)家們認(rèn)為太陽風(fēng)的磁場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)與小羽流有關(guān)。
范圍邊界
根據(jù)太陽風(fēng)的動(dòng)力學(xué)壓力估算出的太陽風(fēng)邊界約在100個(gè)天文單位處。但空間探測(cè)表明，在行星際空間中可能存在著低密度的中性原子氫。這種中性星際物質(zhì)成分對(duì)太陽風(fēng)的動(dòng)力學(xué)過程有顯著影響，特別是對(duì)遠(yuǎn)離地球軌道的太陽風(fēng)的膨脹有明顯減速、加熱等效應(yīng)。考慮到這些因素，理論上推得太陽風(fēng)的邊界大約在25~50個(gè)天文單位。
分類
在近地空間，慢太陽風(fēng)的速度為300~500千米/秒的為慢太陽風(fēng)，風(fēng)速為750千米/秒的為快太陽風(fēng)。慢太陽風(fēng)源自太陽赤道帶周圍的“流帶”，由冕流打開封閉冕環(huán)磁流而產(chǎn)生。在太陽活動(dòng)極小期，慢太陽風(fēng)發(fā)生在緯度30°~35°范圍內(nèi)，極大期延展到極區(qū)；在極大期，極區(qū)也發(fā)射慢太陽風(fēng)。
快太陽風(fēng)來自冕洞-磁力線散開的區(qū)域，尤其太陽磁極附近普遍存在這樣的開磁場(chǎng)。等離子源是太陽大氣對(duì)流胞造成的小磁場(chǎng)，它們約束等離子輸運(yùn)到光球之上2X104千米的日冕狹口，當(dāng)磁力線重聯(lián)時(shí)蟲出來。
重大事件
1859年9月的一天，美國落基山地區(qū)的天空非常鮮艷，房子和樹葉像染上了紅色一般。這就是著名 的“卡林頓事件”。該事件是一次極其強(qiáng)烈的太陽風(fēng)暴引發(fā)的地磁災(zāi)害，對(duì)當(dāng)時(shí)全球的電報(bào)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重干擾。中國史書《獲鹿縣志》也能找到同一現(xiàn)象的記載，“清咸豐九年（1859年）七月夜，紅光起于西北，亙于東北，經(jīng)三夜始散。”這種自然現(xiàn)象實(shí)際上就是“極光”，它的形成是太陽高能粒子沿地球磁場(chǎng)轟擊極區(qū)高層大氣而產(chǎn)生的。然而，這次的極光并不尋常，它出現(xiàn)的位置已超出了往常極光的范圍。由此，我們可以推斷當(dāng)時(shí)地球應(yīng)該正遭受著一場(chǎng)超強(qiáng)的太陽風(fēng)暴。
1989年3月13—14日，一次日冕物質(zhì)拋射引發(fā)的強(qiáng)磁暴襲擊了加拿大魁北克省地區(qū)的電網(wǎng)。盡管太陽風(fēng)暴強(qiáng)度沒有卡靈頓事件強(qiáng)烈，但由于此時(shí)電力系統(tǒng)相對(duì)普及，地磁災(zāi)害造成的損失比卡靈頓事件嚴(yán)重得多，當(dāng)時(shí)加拿大魁北克省電力系統(tǒng)癱瘓近8小時(shí)，受直接影響的居民人數(shù)達(dá)到600萬人，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。1991年4月29日，強(qiáng)磁暴使美國緬因州核電廠發(fā)生災(zāi)難性破壞。1994年1月20日～21日、1997年1月6日～11日、1998年5月19日，強(qiáng)磁暴使全球多顆衛(wèi)星或失效或報(bào)廢或減壽或發(fā)生故障。
2000年4月6日晚，在歐洲和美洲大陸的北部，出現(xiàn)了極光景象。據(jù)德國波鴻天文觀象臺(tái)臺(tái)長卡明斯基說，當(dāng)夜德國萊茵地區(qū)以北的警察局和天文觀象臺(tái)的電話不斷，有的人甚至懷疑又發(fā)生毒氣泄漏事件。這次極光現(xiàn)象被遠(yuǎn)在160公里高空的觀測(cè)太陽的宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)，并發(fā)出了預(yù)告。在北京時(shí)間4月7日凌晨零時(shí)三十分，宇宙飛行器ACE發(fā)現(xiàn)一股攜帶著強(qiáng)大帶電粒子的太陽風(fēng)從它旁邊掠過，而且該太陽風(fēng)突然加速，速度從每秒375公里提高到每秒600公里，一小時(shí)后，這股太陽風(fēng)到達(dá)地球大氣層外緣。2000年7月14日，歐美的GOES、ACE、SOHO、WIND等重要科學(xué)研究衛(wèi)星受到嚴(yán)重?fù)p害，日本的ASCA衛(wèi)星失控，AKEBONO衛(wèi)星的計(jì)算機(jī)遭到破壞。
2001年4月3日凌晨，近25年來最大的太陽耀斑發(fā)生，全球所有通信中斷。2003年10月底至11月初，發(fā)生幾次太陽風(fēng)暴。它們產(chǎn)生的強(qiáng)大電磁輻射和拋射出的大量高能帶電粒子流沖擊地球，造成了地球磁暴、人造衛(wèi)星傳送的信號(hào)消失、地面無線電通訊中斷、導(dǎo)航系統(tǒng)失靈、一些國家的部分電力系統(tǒng)失控，同時(shí)還在高緯地區(qū)引發(fā)了壯麗的極光現(xiàn)象。
2022年2月初，一場(chǎng)太陽風(fēng)暴讓SpaceX（SpaceX）失去了40顆剛剛發(fā)射成功的“星鏈”衛(wèi)星。2022年3月30日，全球多個(gè)天文臺(tái)都記錄到了一次超強(qiáng)的太陽耀斑。受耀斑產(chǎn)生的太陽風(fēng)暴影響，東南亞和澳大利亞地區(qū)30兆赫茲以下的無線電通信完全失效。2022年4月20日，美國太陽動(dòng)力學(xué)觀測(cè)站于太平洋時(shí)間晚上8時(shí)57分觀測(cè)到了一次太陽耀斑，亞洲一些地區(qū)的無線電通信失效。
影響
太陽活動(dòng)是日地空間系統(tǒng)中災(zāi)害性天氣事件的驅(qū)動(dòng)源。典型的太陽爆發(fā)活動(dòng)包括耀斑和日冕物質(zhì)拋射，其產(chǎn)生的帶電粒子流以太陽風(fēng)的形式在行星際旅行，對(duì)地球空間環(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)。美國航空航天局（NASA）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)太陽風(fēng)對(duì)木星兩極加熱的程度超過預(yù)期，太陽風(fēng)對(duì)木星的影響是“空間天氣的極端例子”。太陽風(fēng)也“偷”走了火星上曾經(jīng)存在的厚厚的大氣層，在太陽風(fēng)暴期間，火星大氣的損失尤為明顯。
對(duì)衛(wèi)星的影響
有些年份太陽活動(dòng)會(huì)比平時(shí)更劇烈，我們就稱為太陽風(fēng)年。它出現(xiàn)的周期一般是11年。遇上太陽風(fēng)年，太陽的劇烈活動(dòng)對(duì)航天器會(huì)產(chǎn)生一定影響，嚴(yán)重的話可能會(huì)損害衛(wèi)星上的電子元器件。2010年4月發(fā)生的太陽爆發(fā)，導(dǎo)致美國的一顆銀河衛(wèi)星失控。太陽活動(dòng)會(huì)對(duì)衛(wèi)星的飛行造成影響，比如衛(wèi)星被迫轉(zhuǎn)入安全模式。如果太陽發(fā)生大的爆發(fā)，所有的衛(wèi)星可能都要失效。
對(duì)地球磁場(chǎng)的影響
地球大氣之外的地球磁層可以使大量來自太陽的高能粒子偏轉(zhuǎn)方向，對(duì)地球生物、人造衛(wèi)星和空間站等形成有效的保護(hù)。在地磁場(chǎng)的保護(hù)下，太陽風(fēng)對(duì)地球大氣幾乎沒有影響。如果當(dāng)太陽風(fēng)的磁場(chǎng)和地球磁場(chǎng)發(fā)生重聯(lián)，高能粒子會(huì)沿著重聯(lián)的磁力線進(jìn)入地球空間。具體而言，部分太陽風(fēng)能量和物質(zhì)會(huì)通過磁場(chǎng)重聯(lián)等過程進(jìn)入地球磁層內(nèi)部，引起電離層和地磁的劇烈擾動(dòng)，表現(xiàn)為磁暴或磁層亞暴等。強(qiáng)磁暴會(huì)對(duì)航天系統(tǒng)、無線電系統(tǒng)、電力和能源系統(tǒng)等產(chǎn)生嚴(yán)重影響。
對(duì)臭氧層的影響
當(dāng)太陽粒子進(jìn)入地球大氣層，太陽粒子的高能量會(huì)電離地球大氣的中性氮、氧分子，這兩種分子占地球大氣99%的成分，太陽粒子是地球極地上空30千米以上區(qū)域大氣電離的主要來源，它會(huì)引發(fā)一系列的反應(yīng)，產(chǎn)生促進(jìn)破壞臭氧的化學(xué)物質(zhì)。在太陽活動(dòng)特別活躍的時(shí)候，當(dāng)太陽向太空釋放大量粒子時(shí)，海拔50千米以上的地區(qū)多達(dá)60%的臭氧會(huì)被消耗，該影響可能持續(xù)幾個(gè)星期。在更低的地球大氣位置，大約低于距離地球表面50千米的區(qū)域，太陽粒子是造成極地臭氧水平逐年發(fā)生變化的重要因素，太陽粒子襲擊將持續(xù)導(dǎo)致臭氧損失，然而，最近一項(xiàng)研究表明，太陽粒子還有助于抑制南極臭氧空間進(jìn)一步損耗。
對(duì)小天體的影響
對(duì)于近地小天體2016HO3而言，其表面將在太陽光照和太陽風(fēng)轟擊作用下帶電。中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心太陽活動(dòng)與空間天氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員謝良海建立了太陽風(fēng)與小行星2016HO3相互作用的三維PIC模型，用于定量分析2016HO3周圍電場(chǎng)和等離子體特征。研究發(fā)現(xiàn)，小行星2016HO3表面電勢(shì)最高出現(xiàn)在日下點(diǎn)附近，可達(dá)+12V，背陽面最低電勢(shì)約為-35V，對(duì)應(yīng)的向陽面電場(chǎng)約為+2V/m，背陽面電勢(shì)約為-5V/m。最大電場(chǎng)出現(xiàn)在晨昏線附近，可大于10V/m。此外，研究分析不同自轉(zhuǎn)狀態(tài)下的情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)2016HO3長軸和太陽風(fēng)垂直時(shí)產(chǎn)生的電勢(shì)大小及空間范圍最大，其晨昏線附近電場(chǎng)可達(dá)20V/m。
應(yīng)用與價(jià)值
太陽風(fēng)現(xiàn)階段主要的應(yīng)用方向有兩點(diǎn)：一是借助太陽風(fēng)在月球表面制造太陽風(fēng)成因水，將有助于未來月球基地的建造。此外，太陽風(fēng)還可以用來驅(qū)動(dòng)飛船前進(jìn)。當(dāng)太陽帆展開時(shí)，來自太陽的光子會(huì)推動(dòng)太陽帆，使其前進(jìn)。
中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心和地質(zhì)與地球物理學(xué)研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)探測(cè)器月壤樣品開展了實(shí)驗(yàn)研究，研究認(rèn)為太陽風(fēng)質(zhì)子注入是嫦娥五號(hào)地區(qū)月壤中水的主要來源。中國計(jì)劃在月球南極建科研站，月球南極區(qū)域的水含量可能比人們以往認(rèn)為的還要多，該發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來月球水資源的利用具有重要意義。因此，借助太陽風(fēng)在月球表面制造水，將有助于未來月球基地的建造。
2019年7月，美國太空組織“行星學(xué)會(huì)”宣布，“光帆2號(hào)”（LightSail 2）已經(jīng)成功張開了太陽帆，成為“地球軌道上第一個(gè)完全由太陽風(fēng)驅(qū)動(dòng)的航天器”。2022年11月17日，“光帆2號(hào)”重返地球大氣層，成功完成了小型航天器的光飛行演示任務(wù)。國際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光表示，如果航天器采用光帆推進(jìn)，則意味著其不再需要攜帶大量推進(jìn)劑，節(jié)省出來的重量可以搭載更多科學(xué)探測(cè)儀器，使航天器的有效載荷大幅提升。同時(shí)，受到推進(jìn)劑容量的限制，采用火箭動(dòng)力的航天器，其“續(xù)航里程”存在較大限制。而依靠光帆推進(jìn)的航天器，只要在有光照的地方，都可以持續(xù)不斷前進(jìn)，“續(xù)航里程”大幅提升。以上優(yōu)勢(shì)，都促使著人們不斷加深對(duì)光帆的探索，該科學(xué)設(shè)想也逐漸變?yōu)榱爽F(xiàn)實(shí)。光帆目前主要的應(yīng)用場(chǎng)景還是針對(duì)體積重量小、成本低廉的科學(xué)探測(cè)器，一旦航天器重量達(dá)到噸級(jí)以上，其光帆展開面積可能要達(dá)到平方公里級(jí)別，僅憑當(dāng)下技術(shù)確實(shí)難以實(shí)現(xiàn)。
相關(guān)文化
科幻電影《流浪地球》講述了太陽即將死亡，即將進(jìn)入紅巨星的膨脹階段，地球即將被膨脹的太陽大氣所淹沒的故事。在人類命運(yùn)即將面臨存亡的關(guān)頭，人類聯(lián)合政府決定將地球作為一個(gè)龐大的飛船駛離現(xiàn)有軌道，駛向距離地球最近的比鄰星。從地球原有軌道到遙遠(yuǎn)的比鄰星，按計(jì)劃分為五個(gè)階段：剎車階段、逃逸階段、先流浪階段、后流浪階段和新太陽時(shí)代。
剎車階段即憑借赤道上的“行星發(fā)動(dòng)機(jī)”的巨大推力，使地球停止自轉(zhuǎn)。盡管人類對(duì)于磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)制并不是非常的清楚和確定，一種說法是因?yàn)榈厍蛲鈿雍蛢?nèi)核之間的轉(zhuǎn)速不同導(dǎo)致的。如果地球自轉(zhuǎn)停止，而且兩個(gè)區(qū)域都停止，那么地球磁場(chǎng)有可能會(huì)突然消失。通常情況下，地球磁場(chǎng)的存在，它不僅僅能夠?yàn)槲覀冎该髂媳狈较颍匾氖谴艌?chǎng)起到了保護(hù)作用，能夠?qū)碜杂?a href="/hebeideji/7198218456926404647.html">太陽的帶電粒子屏蔽于地球大氣之外，從而太陽粒子很難直接穿過磁場(chǎng)，直接進(jìn)入低層大氣，保護(hù)了地球大氣層不會(huì)丟失掉。不過這些帶電粒子會(huì)沿著磁力線向兩極運(yùn)動(dòng)，帶電粒子最終與大氣中的粒子相互作用，使得粒子發(fā)生激發(fā)，從而產(chǎn)生我們所看到的極光。而沒有了磁場(chǎng)，太陽風(fēng)能夠不受任何阻礙，長驅(qū)直入進(jìn)入地球大氣，從而在全球各個(gè)地方形成我們所說的極光，不過更為重要的是，地球大氣有可能逐漸損失掉。所以，在該電影中人類需要建造行星發(fā)動(dòng)機(jī)把整個(gè)地球搬離太陽系。
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太陽風(fēng)勁兒有多大，對(duì)地球大氣有影響嗎?.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué).2024-03-26
太陽粒子如何影響地球氣候變化?它會(huì)破壞我們的臭氧層.新浪科技.2024-04-12
空間中心揭示太陽風(fēng)與小行星相互作用新特征.中國科學(xué)院.2024-04-12
借助太陽風(fēng)可在月球表面制造水 有助未來建造月球基地.中國科技網(wǎng).2024-03-19
中科院地球化學(xué)研究所:月表太陽風(fēng)成因水的熱穩(wěn)定性進(jìn)展.中國科學(xué)院中國礦物巖石地球化學(xué)學(xué)會(huì).2024-03-27
“光帆”太陽帆航天器成功發(fā)射.中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心.2024-03-27
地化所在嫦娥五號(hào)月壤礦物中發(fā)現(xiàn)存在高含量的水.中國科學(xué)院.2024-03-03
Chang’E-5 samples reveal high water content in lunar minerals.Nature.2024-03-03
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1752089547748794407&wfr=spider&for=pc.新華網(wǎng).2024-03-19
太陽帆飛船在地球軌道上“揚(yáng)帆”.環(huán)球網(wǎng).2024-03-19
LightSail 2 completes mission with atmospheric reentry.planetary.org.2024-03-19
The Planetary Society’s LightSail 2 mission reenters atmosphere, completes mission.planetary.org.2024-03-19
揚(yáng)“帆”宇宙，讓陽光推著飛船前行.中國科學(xué)院.2024-03-19
硬核科幻《流浪地球》:停止自轉(zhuǎn)的地球真的可以去流浪嗎.鳳凰財(cái)經(jīng).2024-03-05