吹遍太陽系的“風”

太陽風的發現是20世紀空間探測的重要發現之一。經過近40年的研究，對太陽風的物理性質有了基本了解，但是至今人們仍然不清楚太陽風是怎樣起源和怎樣加速的。很明顯，太陽大氣通過太陽風的形式不斷地損耗其質量和能量。可是太陽風是怎樣得到等離子體的供應及能量的供應呢？這個問題是空間物理學領域中至今仍懸而未決的一大基本課題。

發現太陽閃光

1850年，英國天文學家卡林頓在觀察太陽黑子時，發現在太陽表面上出現了一道小小的閃光，它持續了約5分鐘?？诸D認為自己碰巧看到一顆大隕石落在太陽上。1899年，美國天文學家霍爾發明了一種“太陽攝譜儀”，能夠用來觀察太陽發出的某一種波長的光。這樣，人們就能夠靠太陽大氣中發光的氫、鈣元素等的光，拍攝到太陽的照片。結果查明，太陽的閃光和隕石毫不相干，那不過是熾熱的氫短暫爆炸而已。

在太陽黑子密集的部位，一天能觀察到上百次之多的閃光，特別是當黑子在“生長”的過程中更是如此。有時候，閃光正好發生在太陽表面的中心，這樣，它爆發的方向正沖著地球。在這樣的爆發過后，地球上會一再出現奇怪的事情：一連幾天，極光都會很強烈，有時甚至在溫帶地區都能看到；羅盤的指針也會不安分起來，發狂似地擺動，因此這種效應有時被稱為“磁暴”；磁暴會影響無線電接收，各種電子設備也會受到影響；在磁暴期內，無線電和電視傳播會中斷，雷達也不能工作。

科學家更加仔細地研究了太陽的閃光后，發現在這些爆發中顯然有熾熱的氫被拋得遠遠的，其中有一些會克服太陽的巨大引力射入空間。氫的原子核就是質子，因此太陽的周圍有一層質子云。1958年，美國物理學家帕克把這種向外涌的質子云叫做“太陽風”。今天，空間飛船的觀測表明，太陽風主要由質子和電子組成，但有少量氦核及微量重離子成分，所以人們把持續不斷地向外膨脹從而形成由太陽徑向向外的等離子體流，稱為“太陽風”。

太陽風是如何形成的

一般情況下，我們把太陽大氣分為六層，由內往外依次命名為：日核，輻射區，對流層，光球，色球，日冕。日核的半徑占太陽半徑的1/4左右，它集中了太陽質量的大部分，并且是太陽99%以上的能量的發生地。光球是我們平常所見的明亮的太陽圓面，太陽的可見光全部是由光球面發出的。日冕位于太陽的最外層，屬于太陽的外層大氣。太陽風就是在這里形成并發射出去的。

在日冕上存在著一些長條形的大尺度的黑暗區域。這些區域的X射線強度比其他區域要低得多，從表觀上看就像日冕上的一些洞，被稱之為冕洞。冕洞是太陽磁場的開放區域，這里的磁場線向宇宙空間擴散，大量的等離子體順著磁場線跑出去，形成高速運動的粒子流。粒子流在冕洞底部速度為16千米/秒左右，當到達地球軌道附近時，速度可達800千米/秒以上。這種高速運動的等離子體流也就是我們所說的太陽風。

吹遍整個太陽系

現在我們肯定，太陽風至少可以吹遍整個太陽系。

太陽風的速度約每秒400千米，有時可以快達770千米，最慢也有320千米。太陽風從太陽吹到地球只需五六天的時間。當太陽風到達地球附近時，與地球的偶極磁場發生作用，并把地球磁場的磁場線吹得向后彎曲。但是地磁場阻止了等離子體流的運動，使得太陽風不能侵入地球大氣而繞過地磁場繼續向前運動。于是形成一個空腔，地磁場就被包含在這個空腔里。此時的地磁場外形就像一個一頭大一頭小的蛋狀物。

雖然涌來的太陽風在抵達地球時，大部分會被地球的磁場推開。但仍有部分太陽風進入大氣層，從而引起各種現象。

太陽風使彗星形成長長的向著反太陽方向延伸的彗尾。當人們欣賞美麗的彗尾的時候就可以想像太陽風的存在。在地球高緯區看到的多彩的極光現象，則是進入地球磁場的太陽風粒子經加速后與地球大氣分子碰撞產生的。

據推測，在約100個天文單位（1個天文單位＝日地平均距離=1.5×108千米）以外，太陽風將與起源于銀河系的星際氣體交界，太陽風占據的空間范圍稱為“日球層”。研究太陽風的物理過程及其規律已成為空間物理學中一個新的學科分支——日球層物理學。

研究太陽風至關重要

太陽風構成人類活動的外層空間環境。太陽大氣的擾動通過太陽風傳到地球，通過與地球磁場的相互作用，有時會引起一系列影響人類活動的事件。例如通訊衛星失靈、高緯區電網失效，及短波通訊、長波導航質量下降等。太陽風的變化還可能會引起氣象和氣候的變化。另外，像“回聲一號”那樣又大又輕的衛星，還會被太陽風顯著吹離事先計算好的軌道。

由于21世紀人類將進一步利用地球的外層空間環境，空間環境預報（或叫“空間天氣”預報）將會十分重要。搞清楚太陽風的起源及其加熱和加速機制，對于建立有效的空間天氣預報體系有著十分重要的意義。宇宙中，許多恒星，以至許多星系都會向外發出它們自己的“風”，從而導致其本身物質的損失，并影響其他星體，及其周圍的星際空間或星系際空間。太陽風是唯一能直接觀測到的恒星風。對太陽風起源和加速機制的研究，必然對這一普遍存在的現象——宇宙等離子體——的認識有著至關重要的意義。

國際日地物理學術計劃近期發射的觀測太陽及太陽風的飛船有“太陽探針”“太陽水星觀測站”“先進成分探測器”及“空間太陽望遠鏡”。上述設計中的四個重要飛行計劃如果能付諸實施，太陽風的起源與形成的問題就有望在21世紀得到解決。