太空天氣和宇宙線

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太空天氣和宇宙線之间的区别

太空天氣 vs. 宇宙線

太空天气是在地球週圍的太空環境條件改變的觀念。它與行星大氣內的天氣觀念不同，涉及太空中的電漿、磁場、輻射和其他物質。"空间气象"經常隱藏性的意味著在地球附近的磁層，但是它也是在 星際間（並且經常是星際空間）的研究 在我們自己的太陽系內，太空天气受到太陽風的密度和速度，還有太陽風攜帶的電漿造成的行星際磁場（IMF）很大的影響。不同的物理現象與太空天氣有關，包括地磁風暴和次風暴、范艾倫輻射帶的活動、電離層的擾動和閃爍、極光和在地球表面的地磁的誘導電流。日冕物質拋射和它們關聯的衝激波經由壓縮磁層和觸發地磁風暴也是導引空间气象的重要驅動力。 被日冕物質拋射或閃焰加速的太陽高能粒子，也是太空天氣的重要駕御者，它能經由感應電流危害到太空船上的電子設備，和威脅到太空人的生命。 太空天气在幾個相關的地區對太空探索和發展發揮了深遠的影響。不斷變化的地磁條件可以造成大氣密度的急劇改變，造成低地球軌道上太空船高度的墮落。由於太陽活動增強產生的地磁風暴會導致太空船上的檢測器暫時失明，或是干擾到船上的電子儀器，或是太空環境的條件對設計太空船的遮罩和載人太空船的生命支援系統也是很重要的。此外，磁暴也會影響到在高緯度上常態飛行的飛機，使受到的輻射總量增加。. 宇宙線亦稱為宇宙射线，是來自外太空的帶電高能次原子粒子。它們可能會產生二次粒子穿透地球的大氣層和表面。射線這個名詞源自於曾被認為是電磁輻射的歷史。主要的初級宇宙射線（來自深太空與大氣層撞擊的粒子）成分在地球上一般都是穩定的粒子，像是質子、原子核、或電子。但是，有非常少的比例是穩定的反物質粒子，像是正電子或反質子，這剩餘的小部分是研究的活躍領域。 大約89%的宇宙線是單純的質子，10%是氦原子核（即α粒子），還有1%是重元素。這些原子核構成宇宙線的99%。孤獨的電子（像是β粒子，雖然來源仍不清楚），構成其餘1%的絕大部分；γ射線和超高能微中子只佔極小的一部分。 粒子能量的多樣化顯示宇宙線有著廣泛的來源。這些粒子的來源可能是太陽（或其它恆星）或來自遙遠的可見宇宙，由一些還未知的物理機制產生的。宇宙線的能量可以超過1020 eV，遠超過地球上的粒子加速器可以達到的1012至1013 eV，使許多人對有更大能量的宇宙線感興趣而投入研究。 經由宇宙線核合成的過程，宇宙線對宇宙中鋰、鈹、和硼的產生，扮演著主要的角色。它們也在地球上產生了一些放射性同位素，像是碳-14。在粒子物理的歷史上，從宇宙线中發現了正電子、緲子和π介子。宇宙線也造成地球上很大部份的背景輻射，由於在地球大氣層外和磁場中的宇宙線是非常強的，因此對維護航行在行星際空間的太空船上太空人的安全，在設計有重大的影響。.

太陽

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太陽高能粒子

太陽高能粒子是來自太陽的高能量粒子，在1940年代初期就已經被觀測到。他們包含質子、電子和能量在數十KeV至GeV的重離子（速度最快的粒子可以達到光速的80%）。人們對它們特別重視和感興趣，因為他們會危及在外太空的生命（特別是40MeV的粒子）。太陽高能粒子（SEPs）可以經由兩種過程產生：從耀斑場所獲得能量或是與日冕物質拋射（CMEs）結合的衝激波。但是，只有大約1%的CMEs能夠產生強大的SEP事件。 兩種主要的機制提供加速度的可能：擴散衝擊加速度（DSA，有時稱為第一階費米加速）或衝激漂移機制。SEPs可以在5至10個太陽半徑（地日距離的0.5%）的距離內被加速至數十MeV的高能量，並且在閃焰或物質拋射之後短短的數小時內就抵達地球。這使得預測和對SEP事件的警報很具有挑戰性。SEP事件的組成和種子的分布也是一個活躍的研究領域。.

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范艾伦辐射带

范艾伦辐射带是在地球附近的近层宇宙空间中包围着地球的大量帶電粒子聚集而成的輪胎狀辐射层，由美国物理学家詹姆斯·范·艾伦发现并以他的名字命名。范艾倫帶粒子的主要來源是被地球磁場俘獲的太陽風粒子，這些帶電粒子在范艾倫帶兩轉折點間來回運動。當太陽發生磁暴時，地球磁層受擾動變形，而侷限在范艾倫帶的高能帶電粒子大量洩出，並隨磁力線於地球的極區進入大氣層，激發空氣分子產生美麗的極光。范艾伦辐射带一般情况下分为内外兩層，海拔高度处在约500至58000公里之间，内外层之间存在范艾伦带缝，缝中辐射很少，偶尔会因为太阳风暴等突发情况临时被破坏分离导致多层产生。.

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耀斑

閃焰是在太陽的盤面或邊緣觀測到的突發的閃光現象，它會釋放出高達6 × 1025焦耳的巨大能量（大約是太陽每秒鐘釋放總能量的六倍，或相當於160,000,000,000百萬噸TNT，超過舒梅克－李維九號彗星撞木星能量的25,000倍）。它們通常，但並非總是，伴隨著發生日冕大量拋射的事件。閃焰會從太陽日冕拋射出電子、離子、和原子的雲進入太空。通常，在事件發生後的一兩天，這些雲就可能會到達地球。這個名詞也適用在發生類似現象的恆星，但通常會使用「恆星閃焰」來稱呼。 閃焰會影響到太陽所有的大氣層（光球、色球和日冕）。當電漿物質被加熱至數千萬K的溫度時，電子、質子和更重的離子都會被加速至接近光速。它們產生電磁頻譜中所有波長的電磁輻射，從無線電波到伽瑪射線，然而絕大部分的能量都在視覺範圍之外，因此絕大碩的閃焰都是肉眼看不見的，必須要用特別的儀器觀測不同的頻率。閃焰發生在圍繞著太陽黑子的活動區，強烈的磁場從那兒穿透光球聯接日冕和太陽內部的磁場。 閃焰會突然（時間的尺度在幾分鐘至幾十分鐘）釋放儲藏在日冕中的磁場能量；日冕大量拋射（CME）也可以釋放出相等的能量，但是這兩者之間的關係尚不明確。 閃焰發射的X射線和紫外線輻射會影響地球的電離層，擾亂遠距離的無線電通訊。在分米波長的電波輻射會直接干擾雷達和使用這些波長的儀器和設備的操作。 對太陽閃焰的首度觀測是理查·卡靈頓和理查·霍奇森在1859年獨立完成的"", Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v20, pp13+, 1859，在黑子群當中看見一個小範圍的明亮區域。觀察望遠鏡或衛星觀測到的恆星光度變化曲線，可以推斷其他恆星是否產生恆星閃焰。 太陽閃焰發的頻率隨著平均11年的活動週期，從太陽位於活躍期的一天數個，到寧靜期的一星期不到一個，有很大的變化（參見太陽週期）。大的閃焰出現的頻率遠低於小的閃焰。 根據NASA的觀測，在2012年7月23日，一個有著巨大和潛在破壞力的太陽超級風暴（閃焰、日冕大量拋射、和）與地球擦身而過。估計在2012年至2022年之間，有12%的機率會發生類似的事件.

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