磁場的宇宙磁場

2021-06-10 20:04:36 字數 4923 閱讀 9655

1樓:no7fv爍

太陽普遍磁場指日面寧靜區的微弱磁場,強度約1×10-4~3×10-4特斯拉,它在太陽南北兩極區極性相反,觀測發現,通過光球的大多數磁通量管被集中在太陽表面稱作磁元的區域,其半徑為100~300千米,場強為0.1~0.2特斯拉,大多數磁元出現在米粒和超米粒邊界及活動區內。

如果把太陽當做一顆恆星,可測到它的整體磁場約3×10-5特斯拉,這個磁場是東西方向的。

太陽活動區磁場

太陽黑子磁場

一般說來,一個黑子群中有兩個主要黑子,它們的磁極性相反。如果前導黑子是n極的,則後隨黑子就是s極的。在同一半球(例如北半球),各黑子群的磁極性分佈狀況是相同的;而在另一半球(南半球)情況則與此相反。

在一個太陽活動週期(約11年)結束、另一個週期開始時,上述磁極性分佈便全部顛倒過來。因此,每隔22年黑子磁場的極性分佈經歷一個迴圈,稱為一個磁周。強磁場是太陽黑子最基本的特徵。

黑子的低溫、物質運動和結構模型都與磁場息息相關。

耀斑與磁場的關係

耀斑是最強烈的太陽活動現象。一次大耀斑爆發可以釋放1030~1033爾格的能量,這個能量可能來自磁場。在活動區內一個強度為幾百高斯的磁場一旦湮沒,它所蘊藏的磁能便全部釋放出來,足夠供給一次大耀斑爆發。

在耀斑爆發前後,附近活動區的磁場往往有劇烈的變化。本來是結構複雜的磁場,在耀斑發生後就變得比較簡單了。這就是耀斑爆發的磁場湮沒理論的證據。

日珥的磁場

日珥的溫度約為一萬度,它卻能長期存在於溫度高達

一、兩百萬度的日冕中,既不迅速瓦解,也不下墜到太陽表面,這主要是靠磁力線的隔熱和支撐作用。寧靜日珥的磁場強度約為10高斯,磁力線基本上與太陽表面平行;活動日珥的磁場強一些,可達200高斯,磁場結構較為複雜。

太陽普遍磁場

除太陽活動區外,日面寧靜區也有微弱的磁場。整個說來,太陽和地球相似,也有一個普遍磁場。不過由於區域性活動區磁場的干擾,太陽普遍磁場只是在兩極區域比較顯著,而不象地球磁場那樣完整。

太陽極區的磁場強度只有1~2高斯。太陽普遍磁場的強度經常變化,甚至極性會突然轉換。這種情況在1957~2023年和1971~2023年曾兩次觀測到。

太陽整體磁場

如果把太陽當作一顆恆星,讓不成像的太陽光束射進磁像儀,就可測出日面各處混合而成的整體磁場。這種磁場的強度呈現出有規則的變化,極性由正變負,又由負變正。大致來說,在每個太陽自轉周(約27天)內變化兩次。

對這個現象很容易作這樣的解釋:日面上有東西對峙的極性相反的大片磁區,隨著太陽由東向西自轉,科學家們就可以交替地觀察到正和負的整體磁場。總之,太陽上既有普遍磁場,又有整體磁場。

前者是南北相反的,後者是東西對峙的。

太陽系磁場結構

太陽磁場的精細結構

通過高解析度的觀測表明,太陽磁場有很複雜的精細結構。就活動區來說,在同一個黑子範圍內各處磁場強度往往相差懸殊;並且在一個就整體說來是某一極性(例如n極)的黑子裡,常含有另一極性(s極)的小磁結點。因此,嚴格說來,單極黑子並不存在。

在橫向磁場圖上,不僅各處強度不同,方位角也不一樣。在黑子半影中,較亮條紋與它們之間的較暗區域的磁場也有明顯的差異。在活動區中,磁結點的直徑約為1,000公里,磁場強度為1,000~2,000高斯。

黑子磁場的自然衰減時間是很長的。

在日面寧靜區,過去認為只有微弱的磁場,其強度約為1~10高斯。可是新的觀測表明,寧靜區的磁場的強度同樣是很不均勻的,也含有許多磁結點。它們在日面上所佔面積很小,卻含有日面寧靜區絕大部分的磁通量。

具體說來,寧靜區磁結點的範圍還不到200公里,而它們含的磁通量竟佔整個寧靜區的90%左右。由於磁通量集中,磁結點的磁場強度可達上千高斯,遠遠超過寧靜區大範圍的平均磁場強度。

行星際磁場的扇形結構

在磁場「凍結」的情況下,太陽風的粒子帶著磁力線跑,於是太陽磁場便瀰漫於整個太陽系空間。因為太陽在自轉,太陽風所攜帶的磁力線就不是直線,而是螺旋線。此外,日面上有整體磁場,相鄰磁區的極性是相反的。

這些因素同時起作用,形成行星際磁場的扇形結構。它和太陽整體磁場密切相關,它們的極性幾乎完全一致。太陽整體磁場的極性一旦轉換,行星際磁場的極性立即跟著轉換。

隨著太陽磁場向外擴張,它的強度也就越來越弱。在地球外圍空間,磁場強度還不到萬分之一高斯。然而由於行星際空間的氣體極為稀薄,這樣弱的磁場也能對物質運動產生支配作用。

在太陽風的作用下,地磁場被壓縮在地球磁層的範圍內,不能向外延伸。

人們對太陽磁場測量只限於太陽大氣。至於太陽內部磁場,還不能直接測量,只能用理論方法作粗略的估計。有人認為它可能比大氣的磁場強得多。 magnetic star

「磁星」(magnetar)是中子星的一種,它們均擁有極強的磁場,透過其產生的衰變,使之能源源不絕地釋出高能量電磁輻射,以x射線及伽瑪射線為主。磁星的理論於2023年由科學家羅伯特·鄧肯(robert duncan)及克里斯托佛·湯普森(christopher thompson)首先提出,在其後幾年間,這個假設得到廣泛接納,去解釋軟伽瑪射線**源(soft gamma repeater)及不規則x射線脈衝星(anomalous x-ray pulsar)等可觀測天體。

具有強磁場的恆星。通常光譜型為a,磁場可以強到3萬t(特斯拉)。磁星的磁場強度還在變化,故又稱磁變星。

磁變星大多為a型特殊星。一部分磁變星,不僅磁場週期性變化,光度和光譜也變化。光變週期1~25天,變幅一般不超過0.

1等。形成當一顆大型恆星經過超新星爆發後,它會塌縮為一顆中子星,其磁場也會迅速增強。在科學家鄧肯及湯普森的計算結果當中,其強度約為一億特斯拉(108 tesla),在某些情況更可達1,000億特斯拉(1011 t,1015 gauss),這些極強磁場的中子星便被稱為「磁星」。而地球表面的天然地磁場強度,在赤道附近約3.

5×10-5 t,在兩極附近約7×10-5 t。

據估計,每大約十顆超新星爆發中,便會有一顆能成為磁星,而非一般的中子星或脈衝星。在它們演變成超新星前,自身需擁有強大磁場及高自轉速度,方有機會演化成磁星。有人認為,磁星的磁場可能是在中子星誕生後首十秒左右,透過熾熱核心物質的對流所產生的,情形就如一臺發動機。

如果在對流現象發生期間同時擁有高自轉速度(週期約10毫秒左右),其產生的電流足以傳遍整顆天體,便足夠把其自轉動能轉為其磁場。相反,如果天體的自轉速度較慢,其核心物質的對流所產生的電流不足以傳遍整顆天體,只在區域性區域流動。

短壽命一顆磁星的外層含有等離子及以鐵為主的重元素,在張力產生期間,天體會出現「星震」(starquake),這種**能使天體釋放強大能量,包括釋出x射線暴及伽瑪射線暴,天文學家把這種天體稱為「軟伽瑪射線**源」。

如果把一顆磁星看成為「軟伽瑪射線**源」,它們的壽命相當短暫。「星震」會釋出大量物質及能量,當中物質被困在自身的強大磁場中,繼而在數分鐘內蒸發殆盡,另外其他能以放射形式釋出的物質,其動能來自天體的角動量,使磁星的自轉速度減慢,且比其他中子星減得更快。轉速減慢會連帶其強大磁場一同減弱,到大約一萬年後磁星的「星震」停止,期間仍會釋出x射線,天文學家將之稱為「不規則x射線脈衝星」。

再過大約一萬年後,其活動幾近停止。「星震」屬於一種瞬間的大型破壞,當中一些給人們直接記錄,例如2023年12月27日的sgr 1806-20,隨著天文望遠鏡的精確度日高,預計在未來人們能記錄更多類似現象。 火星磁場消失之謎有新解:

行星撞擊是元凶

據國外**報道,火星磁場到底是如何消失的?來自加拿大多倫多大學的賈法爾·阿爾卡尼-哈梅德日前就該問題提出了一種新的觀點。 阿爾卡尼-哈梅德認為,一顆曾在火星附近執行,後來又與之發生碰撞的較大小行星是導致火星磁場消失的真正原因。

在40億年之前,剛形成不久的火星也曾擁有過磁場,而且其強度還與地球磁場非常接近。不過,火星磁場在存在了短暫的時間後便神祕地消失了。

在解釋火星磁場消失的各種觀點中,最主要的一種認為:隨著火星核的冷卻,其中液態金屬的對流逐漸減弱,最終導致了磁場的消失。

為了揭**星磁場消失的祕密,阿爾卡尼-哈梅德與同事們設計了一套新的計算機模型。他們認為,要想解釋磁場消失的原因,首先應查清它是如何出現的。

加拿大科學家表示,當年推動火星液態核心內金屬流運動的力量並非**於火星內部,而是來自一顆被年輕的火星所俘獲的大型小行星。

根據阿爾卡尼-哈梅德等人的計算,在太陽和木星的聯合作用下,這顆小行星可能曾沿一條穩定的軌道繞火星飛行,兩者之間的距離約10萬公里。不過,在火星引力的作用下,該小行星開始逐漸地向火星靠近。當兩者的距離接近到5-7.

5萬公里時,小行星所產生的引力已足夠打破火星核內部原有的平衡,並誘發其中金屬流的運動,進而產生出磁場。小行星在火星上誘發磁場的過程持續了大約5000-12023年。

在此之後,小行星仍在不斷地向火星靠近並使後者的磁場又維持了數百萬年的時間。阿爾卡尼-哈梅德認為,如果該小行星的自轉方向與火星的保持一致,或者其沿相反的方向繞火星旋轉,那麼火星磁場還有可能維持更長的時間。

最終,在火星引力的作用下,這顆小行星發生了**,有此產生的大量碎片落向火星並孕育出了一些龐大的環形山。

隨著小行星的解體,火星磁場也隨之消失了(確切地說,應是減弱為原先的數百分之一)--火星核內部原有的對流現象太弱,不足以孕育強大的磁場。

而磁場的消失可能還在火星氣候變化的過程中發揮了極其重要的作用。據科學家們估價,在磁場消失後,火星的氣候逐漸由原先的溫暖溼潤變得寒冷乾旱。

火星磁場消失之謎有新解:火星核心被熔化

瑞士科學家們通過實驗室模擬實驗得出結論稱,數億年前就消失了的火星磁場不久後將再次恢復。據《新科學家》雜誌報道稱,科學家們研究發現,火星的部分核心被熔化是導致火星磁場消失的主要禍首。

以瑞士聯邦工學院(位於蘇黎世)的安德魯-斯圖阿爾特為首的瑞士科研小組通過模擬實驗成功再現了火星核心部分地區的壓力和溫度。在此次模擬實驗中,科學家們利用填充了鐵、鎳和硫混合物的金剛石密封艙,它的壓力被調節到了40兆帕斯卡。通過實驗,研究人員成功發現,在火星核心溫度達到1500開氏度時,密封艙內的混合物應該處於液態狀。

不過核心外層會出現固化現象。當然,只有在火星核心中硫的含量不超過10.6%時才會出現上述現象。

科學家們稱,這可以解釋火星的磁場為何消失了,同時也可以解釋地球的磁場為何至今仍然存在。科學家們認為,地球磁場之所以至今依然存在,就是因為地核內部是固態的。固態地核內層與被熔化了含大量鐵的外層相互摩擦便產生了地球磁場,其工作原理類似於直流發電機。

科學家們表示,如果火星核心被熔化了的部分能夠重新結晶變成固態形式,那麼消失已久的火星磁場還將再次出現。

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