太阳高能耀斑:粒子加速和核反应

 宇宙之中,从地球磁层、恒星大气、活动星系到类星体,到处都存在着等离子体,它们经常产生爆发现象.这种宇宙等离子体爆发的最普遍特性,是能量脉冲式的释放,以及粒子被加速到非常高的能量.     

超高能宇宙射线的谜团

宇宙射线是指来自于太空的质子和其他原子核．少量宇宙射线具有极高的能量,可以超过10^20eV,这比世界范围内最强大的粒子加速器所能达到的最高能量还大一亿倍．这些极高能量的宇宙射线的来源一直是一个谜团．     

太空盛开的第一朵花

正日前,一株百日菊在国际空间站里悄悄地绽放,这朵盛开的小花引起了全世界人们的高度关注,因为这是人类在太空中培育的第一株在外太空开放的花朵。这株百日菊是美国宇航员斯科特在空间站培育的,从外观上看生长在太空中的百日菊与在地球上生长的百日菊差异不大,生长的周期为60至80天,只是因为在空间站微重力的作用下,百日菊的花瓣不能像在地球上那样呈现美丽的弧形。众所周知航天员要在太空中生活离不开氧气、水和食物,而将这些生活补给     

地球磁层将现裂缝太阳风暴乘机袭来

2007年6月,美国发射的THEMIS卫星组就发现太阳喷射的带电粒子湍流凶猛涌入磁层裂缝,速度高达每小时160万千米,裂缝维持了一个多小时。这些高能粒子引起的磁暴,增加电网损耗、影响通讯,甚至导致电网瘫痪、供电中断,严重损毁卫星设备。磁层是地球周围的一个泡状磁场,它保护地球上的一切免受太阳风的侵袭。当地球和太阳磁场方向相反时,磁层就会出现裂缝,大量太阳风粒子乘虚而入,数量将超过平时的20倍。     

赤道面磁层顶位形的磁流体力学模拟研究

磁层顶位置和形状的动态特征描绘是地球物理和空间物理研究的难点之一.文章基于太阳风-磁层-电离层耦合的全球磁流体力学（MHD）数值模拟,运用电流密度极大法确定磁层顶位形,并具体研究两种典型太阳风动压（D_p）和几种不同行星际磁场的z分量（B_z）条件下,地球赤道面上方磁层顶动态特征.模拟结果显示,磁层顶日下点高度r₀主要由D_p控制.随着D_p增加,磁层顶被压缩,r₀显著减小.相同D_p条件下,在B_z由南向（B_z<0）逐渐减小,并转为北向（B_z>0）逐渐增大的过程中,r₀缓慢增大.不同条件下,磁层项张角φ变化较小,反映了赤道面磁层顶结构的相似性.与Shue98低纬磁层顶经验模型比较,MHD模拟能再现磁层顶日下点位置r₀对D_p的响应,而r₀随B_z变化的饱和性仅出现在低速太阳风条件下.MHD模拟和经验模型的磁层项张角φ差别小于2.5°,但模拟显示φ随B_z的变化趋势并非简单线性关系.     

宇宙射线引起的地球正电荷积累

宇宙射线是从宇宙空间射来地球的微观粒子流,其中质子占原初宇宙射线的荷电粒子的90% 左右,其余是α粒子和其它原子核,电子仅为质子流的1 % .因此,宇宙射线可以看作是从宇宙空间不断流向地球的正电荷流.在太阳活动最大年,由于行星际磁场的调制作用,赤道面上宇宙射线强度比高纬度区域小.由人造卫星得到的测量结果表明:太阳活动最大年在大气层顶赤道面上宇宙射线的强度为[1] 0.56粒 子/厘米～2 ·秒.取上述值的一半,i=0.28 粒子/厘米～2 秒,地球的半径 R= 6.4 × 10～8 厘米,地球的表面积S=4πR～2 = 5.1×10～18厘米～2 ,则流向地球的宇宙…     

磁层物理学

一、引 言 人类对地球环境的认识在最近二十年有一个飞跃的发展.这一方面是由于科学技术的进步,各种新的探测方法和手段不断改进,另一方面也由于人类第一次飞出地球,有可能从外部认识地球的环境.人造卫星发射以来,这二十年已经有数千颗卫星在我们这个星球外空飞行过,做了各种科学探测和研究,使我们原来对外空环境的观感有了很大的改变.磁层物理学就是在这种对地球空间环境崭新认识的基础上,成长起来的科学分支.什么叫磁层(Magnetosphere)? 地球外层空间由1000公里高度以上,大气变为完全电离伏态,称为等离子体,这些等离子体被约束在地球偶极…     

谈谈对地球磁层极光区千米微波辐射的认识

极光区千米微波辐射是地球磁层发射的功率最强大的辐射．解开这种辐射发生机制的谜对磁层物理性质的了解是极重要的．地球人造卫星和宇宙飞船对这种辐射进行了比较仔细的观察测邑．Ｗｕ－Ｌｅｅ模型对辐射的物理机制作出了成功的分析．十余年来，观察测量和理论解释均取得了可喜的进展，成为磁层物埋中一个活跃的前沿研究领域．     

PAMELA合作组的测量数据挑战宇宙射线理论

欧洲PAMELA合作组的科学家声称,PAMELA合作组所获得的测量数据对宇宙射线在宇宙中如何加速的理论提出了挑战.根据他们的说法,通过宇宙的质子和氦核的能谱不仅彼此不同,而且不符合宇宙射线理论中用于描述这些粒子的能谱(通量与能量之间的关系)的简单幂律.这种不一致可能意味着物理学家不得不寻找对宇宙射线加速的新的解释.     

三轴稳定地球同步轨道卫星帆板季节性闪光现象研究

季节性闪光现象是由三轴稳定地球同步轨道(GEO)卫星保持的特殊对地位置及卫星帆板的运动特点产生的。结合卫星帆板材质的双向反射分布函数及太阳在地球坐标系下的运动规律,分析了帆板季节性闪光现象的原理,定量研究了地面站观测帆板闪光现象的相关规律并进行了仿真验证。研究表明,地面任意地点的望远镜每年都有两个时段能够观测到GEO卫星帆板闪光现象,每次持续约21d,每颗卫星每天的观测时间约32min。该结论不仅能够为观测GEO卫星提供参考,也可为分析卫星工作及运动状态提供依据。     

博特（Bothe，Walther Wilhelm Georg Franz，1891—1957）德国物理学家（Physicist，Germany）

博特在柏林大学普朗克的指导下学习，并于1914年获得博士学位。1929年，他设想了一种研究宇宙射线的方法。他把两个盖革计数器上下叠放起来，又设计了一种电路，使得只有一个粒子同时通过两个计数器时才被记录。这种情况只在宇宙射线自上飞下垂直射过两个计数器时才会发生。而来自其他一些方向的粒子，则只能通过一个计数器而不会通过另一个；     

宇宙射线与云的形成

丹麦与英国的物理学家们通过将粒子束注入云室中,演示了宇宙射线如何促进地球大气中水滴的形成．这是一个最好的实验证据,表明太阳通过改变达到地球表面的宇宙射线强度来对地球气候产生影响．     

如何给"运动员"问题建模

所谓理想化模型,就是为能够比较顺利地解决问题,保留对所研究问题起决定影响的主要因素,而建立起来的科学抽象模型.这种模型可以清晰地反映被研究问题的本质特性,呈现问题所包含的主要矛盾,便于我们分析和发现规律.要注意的是,同一个物体现象在不同情况下理想化处理的方法不同,某一因素可能在这种情况下是次要因素,不予考虑.但在另一种情况下可能是主要方面,就必须考虑.如研究地球绕太阳运转时,其大小是次要因素,看作质点处理.但研究地球本身的自转时,其大小就成为主要因素,地球就不能看作质点.     

闪电触发核反应产生稀有的原子同位素

正稀有原子(如碳13、碳14和氮15)长久以来被用于研究鉴定古老器物的年代和探究史前食物链的细微差别。这些稀有同位素的来源,是外层空间高能宇宙射线在大气层触发的亚原子反应的复杂级联。现在,一个科学家小组在这个名单中增加了一种引发剂——闪电。碳13,这种用于探测各种地球化学过程的示踪剂,通常是在高能宇宙射线进入大气层时,撞击其中最丰富形态的氮(氮14)而形成。这种原子失去一个中子,不稳定的氮13原子留下一个中微子     

宇航员失重问题讨论

应用牛顿力学的规律,计算出了宇航员在近地点和远地点的失重值,并得出在绕地球运行的过程中,宇航员不仅把95％以上的重量失掉了,而且所受“重力”的方向是背离地球的.     

物理新闻和动态

地磁翻转可能不是随机的虽然地磁极性的完全翻转(南极成为北极,北极成为南极)需要几千年才能完成,其影响却是巨大的.地球磁场的变化不仅会影响鸟类迁徙的路径,而且会使地球暴露在危险的宇宙射线中,某些研究者认为这是与6千5百万年前恐龙灭绝类似的大规模物种消失的事件有关的.地球学家认为我们行星内部的磁发动机使极性翻转,但是真正的机制并不很清楚.以前的分析假定在过去的1亿6千万年间地球极性翻转的次数服从泊松分布,这意味着地球极性翻转事件是随机的.如果事件彼此之间是无关的,而且已知事件发生的平均速率,那么由泊松分布可以得知事件…     

宇宙射线的起源

不少的书籍讲述了宇宙射线,许多研究者在这个领域中工作着,他们已经研究了宇宙射线的许多性质。然而,关于宇宙射线这个自然现象的起源这样一个重要的、长久以来就使科学家们感到烦恼的问题,直到目前还没有最终地得到解决。由宇宙空间射进大气层来的原始宇宙射线乃是一些以接近光速的速度运动着的荷电粒子流。其中最多的是质子,亦即氢原子核。在宇宙射线中也发现了一些较重的元素的核:氦核     

近代空间天文学的进展

一、概 况 以人造卫星为标志的太空研究已经经历了十五年以上的历史.如果从探空火箭算起,太空研究的历史还可以追朔到本世纪四十年代.空间科学技术的迅速发展,给空间天文事业开辟了十分广阔的前景.空间天文当今作为天文学中一个独特领域,已经发展成为一门相当齐全的综合性学科.1.外空天文观测的优越性 首先,它能够在不同程度上越过地球大气这个屏障,开拓了天文观测波段,取得由外层空间进入地球的整个电磁谱的可能性.各类天体发射着波长从103厘米到1012厘米范围内的辐射.但是地面天文观测主要地局限在可见光区域内.由于大气中臭氧、氧、氮等…     

激光驱动的冲击波自生磁场以及外加磁场的冲击波放大研究

冲击波是天体物理观测中常见的现象, 其对粒子的加速被认为是高能宇宙射线的来源. 宇宙中冲击波周围往往存在很强的磁场, 但人们对于此类强磁场的产生放大过程的理解并不充分. 本文利用二维粒子模拟程序研究了激光与磁化或者非磁化等离子体相互作用产生的冲击波现象, 给出了冲击波波前处磁场的产生放大特性. 研究发现, 作用过程中的自生磁场可以储存能量, 从而进一步加速电子; 当存在外加磁场时, 由冲击波加速的电子和离子的能量都比同条件下非磁化等离子体的能量高; 而且外加磁场藉由冲击波放大倍数则与其值有极大关系. 与天文观测中推断的磁场与背景磁场相比放大千倍这一研究结果的比较可以看出, 天体冲击波周围磁场放大主要是由局域内生磁场导致的.     

宇宙射线探测

<正>1主要内容宇宙射线与基本粒子的性质及相互作用反映宇宙的本质,因此宇宙射线一直是人类最感兴趣和不懈探索的问题之一.宇宙射线探测是由武汉大学物理实验中心于2012年在综合物理实验教学中引入的新的本科教学内容.在中国科学院高