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傅绥燕主讲才斋讲堂第148讲:从太阳到地球
日期: 2017-11-30  信息来源: 研究生院

太阳是个均匀静止的球体么?太阳的活动是如何影响人类的?人类又是怎样认识太阳的?2017年11月23日晚,北京大学教务部部长、地球与空间科学学院傅绥燕教授从人类认识日地关系的历史说起,深入浅出地向同学们介绍了太阳的结构及其周期性活动、太阳风产生和在行星际空间的传播过程,结合对地球空间结构及形成的阐述,帮助同学们了解太阳爆发现象对地球空间及人类活动的影响。研究生院副院长姜国华主持并全程参加了讲座。

傅绥燕主讲才斋讲堂第148讲:从太阳到地球

从中国的夸父逐日到英国的巨石阵,人类对于太阳的崇拜古已有之。作为太阳系的中心天体,太阳对于地球的产生及地球上生命的形成和演化都起到了至关重要的作用,而有关太阳系的一切奥秘,都隐藏在了太阳的那颗无比活跃的核心里。首先,傅绥燕教授就太阳生命周期这一概念向同学们进行了阐释。跟世间万物一样,太阳的生命同样有限:起源于星云,凝聚成恒星,随核内引力斥力平衡改变其体积不断增大,直至变成体积百倍于当前的红巨星,待核质反应殆尽最终塌缩成白矮星。据估计,如今太阳已经有46亿年的历史。源源不断的能量从其无比滚烫且致密的内核喷薄而出,这即是著名的核聚变反应。

我们肉眼所见的太阳其实是它的气态外壳,氢核聚变产生的能量通过辐射和对流的方式从内核向外传递,望远镜所拍摄的太阳图像上的米粒状结构就是对流过程中产生的“气泡”。根据普朗克的黑体辐射定律,太阳光的光谱集中在可见光波段,来自太阳的光束带来的不仅是丰富的色彩,更有人类生产生活所依赖的宝贵能量。

太阳并不是平静的,有自己的特征活动。太阳光球表面有时会出现一些暗的区域,也就是太阳黑子。它的温度低且不稳定,是磁场聚集的地方,一个中等大小的黑子大概和地球的大小差不多,出现周期从几天到几个星期不等。近400年的天文学观察发现,黑子的活跃存在一个11年左右的周期,黑子多的时候,其他太阳活动现象也会比较频繁,比较常见的是耀斑和日冕物质抛射。所有太阳活动都与磁场有关。活动区的产生、发展和消亡,都无法与自身磁场的演化分割开来。

从内往外,太阳分为辐射、对流、光球、色球层,越是往外太阳成分就越稀薄。太阳外层的大气,平常因为过于稀薄难以观察,待到日全食时,太阳主体被挡住,羽毛状的日冕便显现了出来。日冕的更外层则是时常影响地球的太阳风,这是由于日冕热膨胀而向外抛射的粒子流,主要由电子和质子组成。包括之前提到的电磁辐射,太阳通过各种各样的方式影响着地球。地球的大气层对于电磁辐射进行了很好的调节,而地磁场则成为了地球生命免受粒子辐射之苦的天然屏障,美丽的极光便是由地球磁场的引导下,来自太阳和地球磁层的高能带电粒子使高层大气分子或原子激发(或电离)而产生的。通过为同学们讲解带电粒子在磁场中的运动以及磁场重联的原理,傅绥燕教授帮助大家理解了太阳耀斑、日冕物质抛射事件和地球磁暴等可能对空间系统构成严重威胁的空间天气事件发生的过程。

同学们踊跃提问

讲座的最后,傅绥燕教授与提问的同学们谈到了科幻小说中时常提及的核聚变和随之引出的能源问题,可控核聚变的实现被认为是解决人类未来能源需求的最可能的途径。据傅绥燕教授介绍,目前各国机构对于可控核聚变的研究进展有快有慢,ITER(国际热核聚变实验堆)是当下水平最高的实验计划,设计希望通过超导托克马克装置启动聚变并实现能量正产出。在回答了同学们关于地球气候是否受太阳活动影响、空间天气预报数值模式、气候变化及太阳活动关联等问题后,讲座在同学们热烈的掌声中结束。

专题链接:才斋讲堂

编辑:山石


   
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