带电粒子流

带电粒子的定向移动形成的电流

带电粒子流是指带电粒子的定向移动形成的电流，带电粒子流包括太阳宇宙线（指太阳耀斑极光、太阳风等）、银河宇宙线等。

带电粒子

带电粒子在物理学是指带有电荷的粒子。它可以是离子，像是有多余或欠缺电子的分子，或原子与质子的联系。它也可以是电子或质子本身，或是其它的基本粒子，像是正电子。它也可能是没有电子的原子核，像是α粒子、氦核。中子没有电荷，所以除非它们是带正电的原子核的一部分，否则他们不是带电粒子。等离子是原子核和电子分开的带电粒子的集合体，但也可以是含有大量带电粒子的气体。等离子因为性质和固体、液体和气体都不同，所以被称为物质的第四态。

在极区常见的极光也是一种等离子，详见极光。

分类

带电粒子流包括太阳宇宙线（指太阳耀斑极光、太阳风等）、银河宇宙线等。

太阳风

简介

太阳风（英语：solar wind）特指由太阳上层大气射出的超高速等离子体（带电粒子）流。非出自太阳的类似带电粒子流也常称为“恒星风”。

在太阳日冕层的高温（几百万开氏度）下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚，射向太阳的外围，形成太阳风。太阳风的速度一般在200-800km/s。一般认为在太阳极小期，从太阳的磁场极地附近吹出的是高速太阳风，从太阳的磁场赤道附近吹出的是低速太阳风。太阳的磁场的活动是会变化的，周期大约为11年。

太阳风一词是在1950年代被尤金·派克提出。但是直到1960年代才证实了它的存在。长期观测发现，当太阳存在冕洞时，地球附近就能观测到高速的太阳风。因此天文学家认为高速太阳风的产生与冕洞有密切的关系。太阳表面的磁场及等离子体活动对地球有很重要的影响。当太阳发生强烈的活动时，大量的带电粒子随着太阳风吹向地球的两极，就会在两极的电离层引发美丽的极光。

性质

在太阳系中，太阳风的组成和太阳的日冕组成完全相同。73%的是氢，25%的是氦，还有其他一些微踪杂质。可是目前还没有精确的测量结果。2004年Genesis的取样分析失败，因为在它返回地球时的紧急降落没有打开降落伞。在地球附近，太阳风速为200-889 km/s，平均值为450 km/s。大约800 kg/s的物质被以太阳风的形式从太阳逃逸。这同太阳光线的等价质量相比是很小的。如果把太阳光线的能量换算成质量，大约每秒钟太阳损失4.5Tg(kg)的质量。

太阳风中的电子、质子的平均能量是1.5至10电子伏特，太阳喷射出的粒子数目为1.3×10每秒。因此太阳风的功率为1.95至13×10电子伏特每秒，即3.1239至20.826×1017瓦特。这与太阳的辐射通量3.846×1026瓦特相比，太阳风的能量是太阳的电磁辐射的0.812至5.41×10-9，即十亿分之一量级。

因为太阳风是等离子体，所以太阳磁场被它承载。由于太阳的转动，太阳磁场被太阳风拉扯成螺线形状。通常太阳风的能量爆发来自于太阳耀斑或其他被称为“太阳风暴”的气候现象。这些太阳活动可以被太空探测器和卫星测到，主要标志是强烈的辐射。被地球磁场俘获的太阳风粒子储存在范艾伦辐射带中，当这些粒子在磁极附近与地球大气层作用引起极光现象。具有和地球类似的磁场的其他行星也有极光现象。

在星际媒质（主要是稀薄的氢和氦）中，太阳风就像是吹出了一个“大气泡”。在太阳风不能继续推动星际媒质的地方称之为日球层顶（heliopause），这也通常被认为是太阳系的外边界。这个边界距离太阳到底多远还没有精确的结果，可能根据太阳风的强弱和当地星际媒质的密度而变化。一般认为它远远超过了冥王星的轨道。

历史

在1930年代，科学家已经知道太阳的日冕层有几百万摄氏度的高温，这是通过在日全食时观察到的日冕的突出形状推算的。一些相关的光谱分析工作也证实了这个高温。在五十年代，英国数学家Sydney Chapman计算分析了在如此高温及如此好的导热条件下气体的性质。他发现日冕一定会延伸到地球轨道以外的空间中。同样在五十年代，德国科学家Ludwig Biermann对彗尾的逆太阳方向现象（即无论彗星运动方向是朝向太阳还是远离太阳，其尾部总是指向远离太阳的方向）开展了相关研究，他推测是太阳吹出来的稳定的风压迫彗尾产生了这个现象。

1958年，Parker预言应该有一股强劲的风从太阳不间断的吹出来，使等离子体充斥行星际的空间。在此之前，科学家认为这个空间是一个真空。 Parker 意识到在Chapman的模型中太阳向外发散热量与Biermann得用来解释彗尾的假设应该是同一种现象。Parker证明即使日冕被强烈的太阳引力束缚，由于它是热的良导体。日冕仍然会在离太阳很远的距离处保持高温。这是因为引力的大小随着距离的增大而减小, 所以在日冕外层的太阳大气会逃逸到空间中去。

当时对Parker太阳风假说的反对意见是很强的。他给天文物理期刊投递的论文被两个评审员拒绝了。但是当时的编辑苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡（他后来获得了1983年诺贝尔物理学奖）保存了这篇论文。

在1960年代，这个太阳风假说被直接的卫星观测证实了。此发现永远的改变了科学家对行星际空间的看法，并得以解释很多现象，像“磁暴”（可以使地球上的供电网络瘫痪）、极光还有其他一些太阳地球现象甚至遥远的恒星形成等。