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磁場與空間氣象學

現代人類已進入空間時代,空間環境對人和生物等的影響已受到特別的關注,其中的空間氣候如太陽風等便同太陽磁場和太陽系磁場有關密切的關係。前面已經講到,太陽風是由太陽上的能量高的帶電粒子如電子、質子等從太陽表面噴射到太陽外的太陽系空間甚至更遠的空間。由於太陽風中粒子帶有電荷,因此也將太陽磁場帶入太陽系空間甚至更遠的空間,形成太陽系行星空間的行星際磁場。圖4中便是太陽系行星際磁場的方向。因為太陽風含有高能量帶電粒子,這對於行星際中的空間飛行器,特別是對飛行器的人和生物等是有傷害的。因此對劇烈的太陽風的預報和預防是特別需要的。

  如何預報劇烈的太陽風?因為太陽風是從太陽發射出來的帶太陽磁場的高能量帶電粒子,是太陽的磁活動,如太陽黑子和太陽耀斑等產生的。這就需要預報太陽的劇烈磁活動。太陽黑子和太陽耀斑是可以從太陽光觀測出來的。光的傳播速度是遠高於高能帶電粒子的運動速度的,因此只要觀測到太陽黑子和太陽耀斑等劇烈活動的光信號,便可以預測和預報劇烈太陽風的時間。這樣就可以對行星際空間將要發生的劇烈太陽風進行預測和預報了。當然這就需要更多和更深入地研究各種太陽磁活動、特別是劇烈太陽磁活動的產生機制和各種影響因素。

  在太陽系行星系統中,許多行星的磁場都低於地球的磁場,但是太陽系中最大的行星木星的表面磁場卻約為地球磁場的10倍。這是什麼原因?進一步深入研究認識到,木星主要是由氫構成的,木星表面為氫氣,木星內部壓力增大,氫氣轉變為液態氫,再深入木星內部,壓力更增大,液態氫又轉變為固態氫。更深入木星內部後固態氫密度更增大,又從絕緣狀態的氫轉變為金屬狀態的氫。從物理學理論研究可知,金屬氫還可能在一定條件下轉變為超導體。如果木星內部存在電阻為零的超導氫,就會存在巨大的電流,並由此產生高的磁場。這樣就可以說明木星為什麼有較高的磁場。物理學理論研究還指出,金屬氫還可能是一種高溫高能燃料。這樣就促進了關於金屬氫的探索性研究。目前雖然在地球上還未研究出金屬氫來,但是對木星磁場的測量和研究,以及由此引出的關於金屬氫的推測卻是引人注意的。
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