空间物理资料：地球科学概论作业三.doc

1、地球科学概论地球科学概论空间物理部分第三次作业徐旺达13000126061.为什么极光主要出现在高磁纬地区？为什么极光主要出现在高磁纬地区？极光出现于星球的高磁纬地区上空，是一种绚丽多彩的发光现象。带电粒子撞击高层大气的分子或原子而激发的绚丽多彩的发光现象称为极光；主要发生在高磁纬地区，70至 1000km 的范围内。地球的极光，由来自地球磁层或太阳的高能带电粒子流（太阳风）使高层大气分子或原子激发（或电离）而产生。极光产生的条件有三个：大气、磁场、高能带电粒子， 这三者缺一不可。 极光是来自太阳活动区的带电高能粒子(可达 1 万电子伏)流使高层大气分子或原子激发或电离而产生的。 由于地磁场的

2、作用， 这些高能粒子转向极区，也只有在极区或高（磁）纬地区，带电粒子才能运动到较低的高度，与大气分子相撞，所以极光常见于高磁纬地区。2.辐射带是怎样形成的？辐射带是怎样形成的？地磁场将高能的带电粒子（MeV）约束在地球空间确定的区域内，形成带电粒子比较集中的地区，称为辐射带。辐射带分为内辐射带和外辐射带。内辐射带：在赤道面上离地心 1.1 到 3.3 个地球半径，主要是高能质子。外辐射带：在赤道面上离地心 4.5 到 6.0个地球半径，主要由电子组成。辐射带主要由地磁场中捕获的高达几兆电子伏的电子以及高达几百兆电子伏的质子组成，其中只有很少百分比像 O+这样的重粒子。一旦带电粒子被捕获，洛伦兹

3、力便控制它们在地磁层中的运动。辐射带粒子的主要来源是被地球磁场俘获之太阳风粒子，这些带电粒子在辐射带两转折点间来回运动。当太阳发生磁暴时，地球磁层受扰动变形，而局限在范艾伦带的高能带电粒子大量洩出，并随磁力线于地球的极区进入大气层，激发空气分子产生美丽的极光。3.什么叫磁暴？什么叫亚暴？什么叫磁暴？什么叫亚暴？磁暴是由太阳耀斑引起的地球高层大气的扰动，全球范围内的地磁场的急骤无规则扰动，地球的磁场的水平分量在一到几个小时内急剧下降而在随后的几天内恢复。此现象发生突然，在 1 小时或更短时间内磁场经历显著变化。全球范围内地磁场的剧烈扰动，扰动时间持续十几小时到几天。磁暴发生与太阳活动有密切关系，

4、大的非重现性磁暴与太阳的日冕物质抛射（CME）联系密切。产生磁暴的直接原因有：大量的带电粒子(太阳风，电离层)进入地球磁层空间，并被地磁场捕获。由于能量粒子增多，环电流也大为增强。强大的环电流产生的反向磁场与地磁场叠加，使得地磁场的水平分量急剧下降。磁暴即当太阳表面活动旺盛，特别是在太阳黑子极大期时，太阳表面的闪焰爆发次数也会增加，闪焰爆发时会辐射出 X 射线、紫外线、可见光及高能量的质子和电子束。其中的带电粒子（质子、电子）形成的电流冲击地球磁场，引发短波通讯所称磁暴。磁暴时会增强大气中电离层的游离化，也会使极区的极光特别绚丽，另外还会产生杂音掩盖通讯时的正常讯号，甚至使通讯中断，也可能使高

5、压电线产生瞬间超高压，造成电力中断，也会对航空器造成伤害。磁层亚暴是地球空间最重要的能量输入、耦合和耗散过程。 “亚暴”最先是 Akasofu 和chapman(1977)用来描述磁暴期间出现的短暂的强磁扰动， 每次延续 23 小时， 平均一天出现 45 次，每次释放一个中等地震的能量。磁层亚暴和磁暴是两个既有联系又有区别的过程。亚暴起始时，平静光弧突然增亮，增亮区扩大，这就是极光亚暴。亚暴是南北半球共轭的， 共轭点上有相同现象， 共轭点是指同一条磁力线截于南北半球地面的两点。亚暴是磁尾的一种激烈而频繁的运动形式，磁扰日里几乎每天都发生数次。亚暴常成串出现，时间间隔无规律，有时第一次尚未结束，

6、第二次接踵而来，这称为叠发亚暴。每一次爆发来不及构成完整的膨胀相，而只是一次接一次的极光增亮。亚暴的发生与行星际磁场和太阳风状态有密切关系，一般当行星际磁场持续一段时间偏南之后，就会发生一连串亚暴。磁层亚暴时，可能造成高纬度地区无线电通讯中断，地球同步轨道上的卫星充电等效应。4.磁暴的空间天气效应磁暴的空间天气效应太阳活动（尤其是太阳风暴的地面效应，即地球磁场的剧烈变化，磁暴）对地面影响和危害最大的是电力系统，且电网的规模越大越容易受到灾难性攻击。当发生地磁暴时，作为输电网这样一个闭合的导体回路，穿过电网回路的磁通量发生急剧变化，就在电网回路上产生了强大的感应电流（GIC） 。感应电流是大强度

7、直流电，而电网传输的是交流电，这就导致某些输变电设备因局部产生高热而烧毁。同时磁暴会影响航天器的正常工作。磁暴和亚暴期间，剧烈的变化不仅设计到整个磁层、电离层，而且还涉及到中性大气。大气温度、密度的变化会影响航天器轨道参数。5.什么是共振现象？举例说明你所知道的共振现象。什么是共振现象？举例说明你所知道的共振现象。共振是指一物理系统在特定频率下，比其他频率以更大的振幅做振动的情形；这些特定频率称之为共振频率。在共振频率下，很小的周期振动便可产生很大的振动，因为系统储存了动能。当阻尼很小时，共振频率大约与系统自然频率或称固有频率相等，后者是自由振荡时的频率。自然中有许多地方有共振的现象。人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。一些共振的例子比如有：乐器的音响共振、太阳系一些类木行星的卫星之间的轨道共振、动物耳中基底膜的共振，电路的共振等等。