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太陽高能粒子

指数 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。.

6 关系: 太陽質子事件电子質子電子伏特耀斑激波

太陽質子事件

太陽質子事件是發生在太陽輻射的質子被加速成為非常高的能量,其成因為接近太陽閃焰或是在星際空間受到和激波關聯的日冕物質拋射。這些高能的質子造成一些影響:它們可以穿透地球磁場和導致電離層的電離;類似極光效果的事件,不同的是那是電子而非質子造成的;高能的太陽質子也會對太空人和太空船造成重大的輻射傷害。 太陽質子所具有的能量通常不足以穿透地球的磁場,在異常強烈的太陽閃焰事件,質子可以獲得足夠的能量,滲透進地球的磁層和更深的電離層。能夠深入滲透的地區包括北極、南極、和南大西洋磁場異常區。 質子是帶電的粒子,因此能夠受到磁場的影響。當高能質子離開太陽時,它們受到強大的太陽磁場牽引(或引導)。當太陽質子進入由地球磁層主導的區域後,地球磁場強度超越太陽的磁場,它們受到地球磁場的引導進入大多數地球磁力線進出的極區。 被引導至極地的高能質子與大氣中的成分碰撞,並且在電離的過程中釋放能量,大多數的能量都在抵達電離層的最低處(範圍在50-80公里)消耗殆盡。這一區域對電離層的無線電通訊非常重要,因為這是大多數的無線電訊號能量被吸收的區域。高能質子的進入增強了電離的程度,提高了在電離層低處的吸收程度並且可以完全阻斷經過極地地區的無線電通訊,這類事件被稱為極冠吸收事件(Polar Cap Absorption events或PCAs)。這些事件大約開始和結束於太陽質子的能量高於10MeV(百萬電子伏特),而在地球同步衛星的高度大約是10Ppfu(粒子通量單位)。 更嚴重的質子事件會與可以導致一般輸電系統中斷的磁暴結合在一起,但是質子事件本身不僅與輸電系統的異常中斷無關,連磁暴也不是它們引發的,輸電系統只是對地球磁場的波動敏感。 極端強大的太陽質子閃焰能夠產生能量超過100MeV的質子,經由二次輻射的效應會增加地面的中子計數程度,這種罕見的事件被稱為地面級事件(Ground Level Events或GLE's)。 沒有具體的科學證據顯示高能質子事件引發的地面級事件,特別是在大多數人口所在的緯度,有害於人體的健康。地球的磁場在阻止高能粒子輻射抵達地面級的效果特別好,飛越極區的商業飛機在太陽質子事件時測量到高空輻射的增強,但是設置在地面的預警系統會提醒飛行員限制他們在較低的高度巡航。不經過極區的飛機航線受到太陽質子事件衝擊的影響遠低於極區的航線。 當太空人在地球磁場的保護罩之外時,例如,太空人在轉換軌道或在月球上時,會經歷重大的太陽質子輻射暴露。然而,太空人在低地球軌道和依然在太空船厚重的遮罩遮蔽時,他們受到的影響會降至最低。在低地球軌道的質子輻射強度會隨著軌道傾角的增加而增強,因此,越靠近極區的太空船,暴露在高能太陽質子輻射下的風險就越大。 太空人曾經報告在高能太陽質子事件時,高能質子會與視神經作用而看到閃光或條紋,相似的閃光和條紋也出現在高能太陽質子造成太空船上的靈敏的光學檢測器(像是星光偵測器和照相機)失靈的時候。在極端的事件中影響是特別的顯著,使它們不能獲得高品質的太陽或恆星的影像,這會導致太空船迷失它們的方向,而這是地面控制器能維持控制的關鍵。 高能質子風暴也可以使太空船的電荷達到驚人的程度,而危害到電子元件,也可能導致電子元件的運作不正常。例如,改變了固態記憶體,這可能導致資料或軟體被汙染(破壞),和造成太空船正在執行的命令得到意料之外的結果(幻象)。高能質子風暴也可能毀壞或降低將太陽能轉換成電力的太陽能電池板效率。長年暴露在來自太陽的高能質子活動下,太空船會失去大量的電力而需要關閉許多重要的儀器。.

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电子

电子(electron)是一种带有负电的次原子粒子,通常标记为 e^- \,\!。電子屬於轻子类,以重力、電磁力和弱核力與其它粒子相互作用。轻子是构成物质的基本粒子之一,无法被分解为更小的粒子。电子带有1/2自旋,是一种费米子。因此,根據泡利不相容原理,任何兩個電子都不能處於同樣的狀態。电子的反粒子是正电子(又称正子),其质量、自旋、帶电量大小都与电子相同,但是电量正負性与电子相反。電子與正子會因碰撞而互相湮滅,在這過程中,生成一對以上的光子。 由电子與中子、质子所组成的原子,是物质的基本单位。相对于中子和质子所組成的原子核,电子的质量显得极小。质子的质量大约是电子质量的1836倍。当原子的电子数与质子数不等时,原子会带电;称該帶電原子为离子。当原子得到额外的电子时,它带有负电,叫阴离子,失去电子时,它带有正电,叫阳离子。若物体带有的电子多于或少于原子核的电量,导致正负电量不平衡时,称该物体带静电。当正负电量平衡时,称物体的电性为电中性。靜電在日常生活中有很多用途,例如,靜電油漆系統能夠將或聚氨酯漆,均勻地噴灑於物品表面。 電子與質子之間的吸引性庫侖力,使得電子被束縛於原子,稱此電子為束縛電子。兩個以上的原子,會交換或分享它們的束縛電子,這是化學鍵的主要成因。当电子脱离原子核的束缚,能够自由移动时,則改稱此電子为自由电子。许多自由电子一起移动所产生的净流动现象称为电流。在許多物理現象裏,像電傳導、磁性或熱傳導,電子都扮演了機要的角色。移動的電子會產生磁場,也會被外磁場偏轉。呈加速度運動的電子會發射電磁輻射。 根據大爆炸理論,宇宙現存的電子大部份都是生成於大爆炸事件。但也有一小部份是因為放射性物質的β衰變或高能量碰撞而生成的。例如,當宇宙線進入大氣層時遇到的碰撞。在另一方面,許多電子會因為與正子相碰撞而互相湮滅,或者,會在恆星內部製造新原子核的恆星核合成過程中被吸收。 在實驗室裏,精密的尖端儀器,像四極離子阱,可以長時間局限電子,以供觀察和測量。大型托卡馬克設施,像国际热核聚变实验反应堆,藉著局限電子和離子電漿,來實現受控核融合。無線電望遠鏡可以用來偵測外太空的電子電漿。 電子被广泛應用于電子束焊接、陰極射線管、電子顯微鏡、放射線治療、激光和粒子加速器等领域。.

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質子

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電子伏特

電子伏特(electron Volt),簡稱電子伏,符号为eV,是能量的單位。代表一個電子(所帶電量為1.6×10-19庫侖)经过1伏特的電位差加速后所獲得的动能。電子伏与SI制的能量单位焦耳(J)的换算关系是.

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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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激波

震波(Shock Wave),又譯衝擊波、駭波或激波,属于紊流的一种传播形式。如同其他通常形式下的波动,激波也可以通过介质传输能量。在某些不存在物理介质的特殊情况下,激波可以通过场,如电磁场来传输能量。激波的主要特点表现为介质特性(如压力、温度、或速度)在激波前后发生了一个像正的阶梯函数般的突然变化。与此相应的负的阶跃则为膨胀波。声学激波其速度一般高于通常波速(在空气中即音速)。 激波随距离的增加耗散很快,與孤波(另一种形式的非线性波)不同。而且,膨胀波总是伴随着激波,并最终与激波合并。这部分抵消了激波的影响。声爆,一种超音速飞机通过时产生的声学现象,即是由激波——膨胀波对的耗散和湮灭所产生的。.

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