基本介紹
- 中文名：宇宙線太陽調製
- 外文名：Cosmic rays of the sun modulation
- 因數：強度、方向、成分
- 表現：宇宙線的日球傳播
正文,
正文
宇宙線的日球傳播 宇宙線在日球的傳播包括以下幾種過程：
擴散 宇宙線粒子在行星際空間繞大尺度阿基米德螺旋線狀磁場運動時，受到隨機分布的不規則磁場的散射作用，粒子運動軌道與磁力線的夾角發生變化，形成擴散運動。擴散係數決定於粒子的磁剛度（見宇宙線地磁效應）和速度以及行星際磁場湍流功率譜。粒子的磁剛度或速度越大，擴散係數也越大。
對流 太陽風帶動行星際磁場，因而也帶動在磁場中運動的宇宙線粒子作對流運動。在太陽系內的觀測者,會看到一股沿太陽風速度方向的對流所引起的粒子流。另外，太陽風向外膨脹時，在其中運動的宇宙線粒子也受到類似於膨脹氣體的絕熱減速，使其能譜發生變化。
漂移 行星際磁場的梯度和曲率會引起宇宙線粒子軌道迴旋中心的漂移。由於其他調製因素的作用，行星際空間宇宙線粒子的密度並非均勻，漂移就會引起粒子的發散或匯合，它對宇宙線在日球的傳播，尤其是三維傳播，影響很大。20世紀70年代後期，人們開始對它進行研究。
宇宙線的太陽周調製 日球內宇宙線的強度、成分和能譜，隨太陽黑子活動11年周期而變化。
圖1的曲線表明,在太陽活動極大年，宇宙線強度為極小；而在太陽活動極小年、宇宙線強度為極大。宇宙線能量越低，這種調製效應越明顯，這就使低能宇宙線能譜偏離冪律譜(見銀河宇宙線)。由於調製與粒子的磁剛度有關，因此宇宙線中氫氦比值也會發生相應的變化。 宇宙線的空間梯度 宇宙線進入日球後，強度隨進入日球的深度而逐漸降低，因而在日球內有一強度的徑向梯度。根據宇宙飛船對行星際空間的測量，宇宙線的異常成分和銀河宇宙線相對強度的平均徑向梯度分別為0.14/天文單位和0.08/天文單位。除了這種徑向梯度外，還有垂直於黃道面的梯度。因此當地球繞太陽公轉時，在不同的黃道緯度記錄的宇宙線強度也有相應的周年變化。
宇宙線的日球各向異性 銀河宇宙線進入日球空間，受到調製作用，原來基本上是各向同性的粒子流，變成具有一定方向性，即各向異性的粒子流，這就是日球各向異性。
宇宙線太陽日變化 粒子在黃道面內的各向異性，與行星際螺旋磁力線的方位有關。隨著地球自轉，地球上某一點的宇宙線台接收到來自不同方位的宇宙線粒子流，其強度隨當地地方時的變化而變化，即太陽日變化。這種變化的平均幅度為0.4%,變化特性明顯地隨著太陽普遍磁場極性倒轉而發生變化。
宇宙線南北各向異性 垂直於黃道面的各向異性。在同一地點沿與天頂成相同角度的南北兩個方向，或在南北兩個半球磁緯相同的台站測量宇宙線強度，測量的差即為南北各向異性（圖2b中的虛線）。這種各向異性的變幅雖然只有千分之幾到百分之一左右，但它明顯地隨行星際螺旋磁場極性的改變而發生變化。 宇宙線的短期調製 太陽大氣結構不均勻，尤其是太陽活動使日球經常處於擾動狀態，從而影響著宇宙線粒子的輸運，使宇宙線強度發生短期變化。日球擾動有兩種主要類型，一種是日冕瞬變活動引起的行星際激波和高速流，另一種是冕洞發出的穩定的太陽風共轉高速流。宇宙線強度也有與之相對應的兩類短期調製。
瞬變性宇宙線暴 即福布希下降。太陽活動極大年前後，日冕瞬變和太陽耀斑活動頻繁。它們噴發出的電漿流和激發的行星際激波，經過1～3天后就到達地球，與地球磁層相互作用形成急始型磁暴。同時，宇宙線強度也發生急劇下降，下降最大幅度可達25%，恢復則比較緩慢。圖2a是第20太陽周期間19個大耀斑引起的宇宙線暴及其相關的行星際磁場擾動和地磁擾動。
共轉性宇宙線下降 太陽活動極小年，太陽極區冕洞向低緯度擴展，形成穩定的太陽風共轉高速流，每股高速流具有相同的磁場極性。當低緯冕洞通過太陽中心子午線後，經過3～5天高速流就能到達地球軌道，引起地磁擾動和宇宙線強度下降。這類下降幅度較小，平均只有 2%。圖2b是1974年兩股最穩定的高速流引起的地磁擾動和宇宙線強度下降。從此也可以看到不同極性的高速流經過時，宇宙線南北各向異性發生明顯的變化。
宇宙線的短期調製與太陽周調製的關係是十分密切的，太陽周調製很可能是短期調製疊加的效應。在第21太陽周開始時，1978年初地球上開始記錄到宇宙線暴，這時太陽周調製也開始了。但在遠離太陽15天文單位的“先驅者”10號飛船,到5月初才開始記錄到強度下降並開始新的太陽周調製。調製效應是以大約400公里/秒的太陽風速傳播出去的。這個重要觀測結果說明，太陽周變化是與局部的短期行星際擾動相聯繫的。關於宇宙線太陽調製的真正起因還不很清楚，有待今後繼續觀測和研究。
擴散 宇宙線粒子在行星際空間繞大尺度阿基米德螺旋線狀磁場運動時，受到隨機分布的不規則磁場的散射作用，粒子運動軌道與磁力線的夾角發生變化，形成擴散運動。擴散係數決定於粒子的磁剛度（見宇宙線地磁效應）和速度以及行星際磁場湍流功率譜。粒子的磁剛度或速度越大，擴散係數也越大。
對流 太陽風帶動行星際磁場，因而也帶動在磁場中運動的宇宙線粒子作對流運動。在太陽系內的觀測者,會看到一股沿太陽風速度方向的對流所引起的粒子流。另外，太陽風向外膨脹時，在其中運動的宇宙線粒子也受到類似於膨脹氣體的絕熱減速，使其能譜發生變化。
漂移 行星際磁場的梯度和曲率會引起宇宙線粒子軌道迴旋中心的漂移。由於其他調製因素的作用，行星際空間宇宙線粒子的密度並非均勻，漂移就會引起粒子的發散或匯合，它對宇宙線在日球的傳播，尤其是三維傳播，影響很大。20世紀70年代後期，人們開始對它進行研究。
宇宙線的太陽周調製 日球內宇宙線的強度、成分和能譜，隨太陽黑子活動11年周期而變化。
圖1的曲線表明,在太陽活動極大年，宇宙線強度為極小；而在太陽活動極小年、宇宙線強度為極大。宇宙線能量越低，這種調製效應越明顯，這就使低能宇宙線能譜偏離冪律譜(見銀河宇宙線)。由於調製與粒子的磁剛度有關，因此宇宙線中氫氦比值也會發生相應的變化。 宇宙線的空間梯度 宇宙線進入日球後，強度隨進入日球的深度而逐漸降低，因而在日球內有一強度的徑向梯度。根據宇宙飛船對行星際空間的測量，宇宙線的異常成分和銀河宇宙線相對強度的平均徑向梯度分別為0.14/天文單位和0.08/天文單位。除了這種徑向梯度外，還有垂直於黃道面的梯度。因此當地球繞太陽公轉時，在不同的黃道緯度記錄的宇宙線強度也有相應的周年變化。
宇宙線的日球各向異性 銀河宇宙線進入日球空間，受到調製作用，原來基本上是各向同性的粒子流，變成具有一定方向性，即各向異性的粒子流，這就是日球各向異性。
宇宙線太陽日變化 粒子在黃道面內的各向異性，與行星際螺旋磁力線的方位有關。隨著地球自轉，地球上某一點的宇宙線台接收到來自不同方位的宇宙線粒子流，其強度隨當地地方時的變化而變化，即太陽日變化。這種變化的平均幅度為0.4%,變化特性明顯地隨著太陽普遍磁場極性倒轉而發生變化。
宇宙線南北各向異性 垂直於黃道面的各向異性。在同一地點沿與天頂成相同角度的南北兩個方向，或在南北兩個半球磁緯相同的台站測量宇宙線強度，測量的差即為南北各向異性（圖2b中的虛線）。這種各向異性的變幅雖然只有千分之幾到百分之一左右，但它明顯地隨行星際螺旋磁場極性的改變而發生變化。 宇宙線的短期調製 太陽大氣結構不均勻，尤其是太陽活動使日球經常處於擾動狀態，從而影響著宇宙線粒子的輸運，使宇宙線強度發生短期變化。日球擾動有兩種主要類型，一種是日冕瞬變活動引起的行星際激波和高速流，另一種是冕洞發出的穩定的太陽風共轉高速流。宇宙線強度也有與之相對應的兩類短期調製。
瞬變性宇宙線暴 即福布希下降。太陽活動極大年前後，日冕瞬變和太陽耀斑活動頻繁。它們噴發出的電漿流和激發的行星際激波，經過1～3天后就到達地球，與地球磁層相互作用形成急始型磁暴。同時，宇宙線強度也發生急劇下降，下降最大幅度可達25%，恢復則比較緩慢。圖2a是第20太陽周期間19個大耀斑引起的宇宙線暴及其相關的行星際磁場擾動和地磁擾動。
共轉性宇宙線下降 太陽活動極小年，太陽極區冕洞向低緯度擴展，形成穩定的太陽風共轉高速流，每股高速流具有相同的磁場極性。當低緯冕洞通過太陽中心子午線後，經過3～5天高速流就能到達地球軌道，引起地磁擾動和宇宙線強度下降。這類下降幅度較小，平均只有 2%。圖2b是1974年兩股最穩定的高速流引起的地磁擾動和宇宙線強度下降。從此也可以看到不同極性的高速流經過時，宇宙線南北各向異性發生明顯的變化。
宇宙線的短期調製與太陽周調製的關係是十分密切的，太陽周調製很可能是短期調製疊加的效應。在第21太陽周開始時，1978年初地球上開始記錄到宇宙線暴，這時太陽周調製也開始了。但在遠離太陽15天文單位的“先驅者”10號飛船,到5月初才開始記錄到強度下降並開始新的太陽周調製。調製效應是以大約400公里/秒的太陽風速傳播出去的。這個重要觀測結果說明，太陽周變化是與局部的短期行星際擾動相聯繫的。關於宇宙線太陽調製的真正起因還不很清楚，有待今後繼續觀測和研究。
