太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響

1、太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響陳寬達(dá)關(guān)鍵詞：太陽(yáng)風(fēng)，地球磁場(chǎng)，回旋運(yùn)動(dòng)，重力漂移。一、眾所周知，地球磁場(chǎng)在太陽(yáng)風(fēng)的吹襲下會(huì)發(fā)生收縮，太陽(yáng)風(fēng)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響作用是以什么方式進(jìn)行的呢？本文嘗試著在電磁學(xué)框架內(nèi)提出這一問題可能的一些解釋。二、1.太陽(yáng)風(fēng)：太陽(yáng)風(fēng)是一種連續(xù)存在，來(lái)自太陽(yáng)并以200800kms的速度運(yùn)動(dòng)的等離子體流。太陽(yáng)風(fēng)有兩種：一種持續(xù)不斷地輻射出來(lái)，速度較小，粒子含量也較少，被稱為“持續(xù)太陽(yáng)風(fēng)”；另一種是在太陽(yáng)活動(dòng)時(shí)輻射出來(lái)，速度較大

2、，粒子含量也較多，這種太陽(yáng)風(fēng)被稱為“擾動(dòng)太陽(yáng)風(fēng)”。太陽(yáng)風(fēng)風(fēng)主要由質(zhì)子，電子和氦核等組成，其中質(zhì)子占正離子部分的99%以上。其平均速率大約為。（以上數(shù)據(jù)出自百度百科詞15104??ms條“太陽(yáng)風(fēng)”）為了簡(jiǎn)化起見，假設(shè)太陽(yáng)風(fēng)是由等數(shù)量密度的電子和質(zhì)子組成，即。nnnHe???0估算太陽(yáng)風(fēng)粒子的平均自由程，以檢查是否可將其近似為自由粒子。平均自由程的計(jì)算公式為：，??n???其中n為粒子密度，為碰撞截面。對(duì)于太陽(yáng)風(fēng)，有質(zhì)子（電子）的平均密度為

3、，?36105???mn對(duì)于質(zhì)子，其碰撞截面約為，則：220105m??=。??n???m2061051051????m12104?考慮到太陽(yáng)與地球之間的距離僅為1011m太陽(yáng)風(fēng)粒子在到達(dá)地球的過程中極少發(fā)生碰撞，則可以把太陽(yáng)風(fēng)的粒子當(dāng)做自由粒子考慮，忽略粒子間的碰撞。2.地球磁場(chǎng)：考慮地球附近宇宙空間的磁場(chǎng)。在這種較大的尺度下，將地球假設(shè)為一個(gè)小的電流圈。已知地球磁極處磁場(chǎng)為0.8G地球半徑為6400km，由磁偶極子的磁感應(yīng)強(qiáng)度公式：

4、534)(34RRmRRmB???????????????算得的大小約為。m?222108mA??為了使計(jì)算方便，在下面的計(jì)算中，假定磁矩的方向與赤道方向垂直，且此小電流圈與地心重合。m?3.太陽(yáng)風(fēng)粒子與地球磁場(chǎng)的相互作用：3.0.把太陽(yáng)風(fēng)的粒子當(dāng)做自由粒子考慮，忽略粒子間的碰撞，考慮粒子受力：，?F??qE?Bvq???gm??為常數(shù)，假設(shè)成立，即得到重力漂移速度：gv?，2qBBgmvg?????對(duì)于質(zhì)子，取g=9.8，B=估計(jì)其數(shù)

5、量級(jí)：2?msT810?.—=，BgmvHg??e1111982710106.1108.91066.1??????????msms可見其遠(yuǎn)小于粒子本身的速度，即可以把重力漂移運(yùn)動(dòng)可看作為回旋運(yùn)動(dòng)中心的移動(dòng)。3.1.首先考察回旋運(yùn)動(dòng)對(duì)地球磁場(chǎng)的影響：由于粒子的回旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生與原磁場(chǎng)方向相反的磁矩，則可以將太陽(yáng)風(fēng)作為抗磁介質(zhì)處理。對(duì)太陽(yáng)的每種粒子，有：nSimManaanaa?????????0011其中M為太陽(yáng)風(fēng)的磁化強(qiáng)度，為單個(gè)粒子的磁矩

6、，n0為太陽(yáng)風(fēng)的質(zhì)子（電子）密度，ia為單個(gè)粒子回am?旋運(yùn)動(dòng)的等效電流，Sa為回旋運(yùn)動(dòng)掃過的面積，為Sa的法向量，其方向與的方向相反。由微觀電流n?B?公式，可得單個(gè)粒子回旋運(yùn)動(dòng)的等效電流為：，mBeemBefei??222???回旋運(yùn)動(dòng)掃過的面積為：S=，22)(Bemvrc????其中rc為粒子的回旋半徑。將上面兩式代入得：nSimManaanaa?????????0011nBmvneBvmmBeManaana???2122221