| 词条 | 宇宙磁现象 |
| 释义 | 宇宙磁现象是指地球以外的各种星体和星体之间的星际空间的磁现象。宇宙磁现象所涉及的空间范围和时间尺度都远超过地球。因此在这里只能选取其中一部分大家可能更为关心和更感兴趣的宇宙磁现象，如阿尔法(α)磁谱仪上天(空间)探测、“阿波罗”飞船登月测月磁、太阳磁活动与太空气象学、脉冲星与超强磁场。 太阳磁场与太阳黑子太阳黑子是在太阳表面出现的很小的较暗的区域。观测表明黑子出现的数目、大小和位置都是随时间变化的。进一步研究表明，太阳黑子是一种太阳磁场引起的局部区域温度降低、发光减弱的现象。太阳黑子也是很早就有了观察记载，但直到近代通过观测和研究才认识到太阳黑子的出现和变化是同太阳的磁场活动密切相关的。太阳的黑子活动不但同太阳的结构和活动等密切相关，而且对于我们地球也有影响。所以太阳黑子的观察研究受到重视。图1是我国北京天文台建造的太阳磁场望远镜，其建造规模和观测研究都居于世界前列。 磁场与空间气象学空间时代现代人类已进入空间时代，空间环境对人和生物等的影响已受到特别的关注，其中的空间气候如太阳风等便同太阳磁场和太阳系磁场有关密切的关系。 太阳风前面已经讲到，太阳风是由太阳上的能量高的带电粒子如电子、质子等从太阳表面喷射到太阳外的太阳系空间甚至更远的空间。由于太阳风中粒子带有电荷，因此也将太阳磁场带入太阳系空间甚至更远的空间，形成太阳系行星空间的行星际磁场。图4中便是太阳系行星际磁场的方向。因为太阳风含有高能量带电粒子，这对于行星际中的空间飞行器，特别是对飞行器的人和生物等是有伤害的。因此对剧烈的太阳风的预报和预防是特别需要的。 预报如何预报剧烈的太阳风？因为太阳风是从太阳发射出来的带太阳磁场的高能量带电粒子，是太阳的磁活动，如太阳黑子和太阳耀斑等产生的。这就需要预报太阳的剧烈磁活动。 太阳黑子和太阳耀斑可以从太阳光观测出来的。光的传播速度是远高于高能带电粒子的运动速度的，因此只要观测到太阳黑子和太阳耀斑等剧烈活动的光信号，便可以预测和预报剧烈太阳风的时间。这样就可以对行星际空间将要发生的剧烈太阳风进行预测和预报了。当然这就需要更多和更深入地研究各种太阳磁活动、特别是剧烈太阳磁活动的产生机制和各种影响因素。 地球的磁场在太阳系行星系统中，许多行星的磁场都低于地球的磁场，但是太阳系中最大的行星木星的表面磁场却约为地球磁场的10倍。这是什么原因？进一步深入研究认识到，木星主要是由氢构成的，木星表面为氢气，木星内部压力增大，氢气转变为液态氢，再深入木星内部，压力更增大，液态氢又转变为固态氢。更深入木星内部后固态氢密度更增大，又从绝缘状态的氢转变为金属状态的氢。从物理学理论研究可知，金属氢还可能在一定条件下转变为超导体。如果木星内部存在电阻为零的超导氢，就会存在巨大的电流，并由此产生高的磁场。这样就可以说明木星为什么有较高的磁场。物理学理论研究还指出，金属氢还可能是一种高温高能燃料。这样就促进了关于金属氢的探索性研究。目前虽然在地球上还未研究出金属氢来，但是对木星磁场的测量和研究，以及由此引出的关于金属氢的推测却是引人注意的。 脉冲星与超强磁场磁场既然是普遍存在的，那么宇宙中存在着多高的强磁场和多弱的弱磁场？它们又存在于何处？通过大量的天文观测和研究，现在认识到的最强磁场存在于脉冲星中。脉冲星又称中子星，是恒星演化到晚期的一类星体。根据天体演化过程，一般恒星演化到晚期时，由于原子核聚变产生高热能所需的核聚变物质已经用尽，热能剧减，恒星物质的引力便使星体收缩，体积变小，而恒星磁场便因恒星收缩和磁通密度变大而增强。这样，演化到晚期的恒星磁场便急剧大增。例如，演化到晚期的白矮星的磁场剧增到约103~104特[斯拉](T)，而演化到晚期的脉冲星(中子星)的磁场更剧增到约108~109特[斯拉]，分别比太阳磁场增加约千万到亿倍(107~108倍)和约万亿到10万亿倍(1012~1013倍)。例如图5便是在地球高空观测到的武仙星座X-1脉冲星(中子星)发射的X射线谱。进一步研究认识到这一发射的X射线谱是由于X-1脉冲星的电子流在磁场中的回旋运动产生的，而谱线的吸收峰便是电子流在磁场中的回旋共振峰。由回旋共振的位置(X射线的能量)便可计算出回旋共振的磁场的强度约5×108T。这样强的磁场是目前科学技术在地球上远远达不到的，目前科学技术在地球上所能得到的磁场的强度仅约102T，两者相差约百万倍(106倍)。 目前在宇宙中观测到的最弱的磁场是多少？是在什么地方观测到的？根据目前对各处宇宙磁场的观测，各种星体的磁场都高于星体之间的星际空间的磁场。例如，在太阳系中各行星之间的行星际磁场约为1×10-9~5×10-9特[斯拉](T)，即约为地球磁场的十万分之一(10-5)。在各个恒星之间的恒星际空间的恒星际磁场，常简称星际磁场，比行星际磁场更低，大约为5×10-10~10×10-10特[斯拉](T)，即约为行星际磁场十分之一(10-1)，也就是约为地球磁场的百万分之一(10-6)。恒星际(空间)磁场是如何知道的？目前主要是应用恒星光的偏振观测和恒星射电(无线电波)的塞曼效应(即无线电波在磁场中分裂而改变频率)观测及维持银河星系结构的稳定性理论计算等来测定或估算恒星际磁场。由现代多方面的天文观测知道，由大量的恒星形成星系，例如太阳便是银河星系中的一个恒星，而银河星系以外的宇宙空间中还有更多更多的星系。星系与星系之间的空间称为星系际空间，根据多方面的天文观测的间接推算和理论估计，星系际空间的磁场约为10-13~10-12特[斯拉](T)，即约为行星际磁场的万分之一到千分之一(10-3~10-2)。恒星际磁场大约相当于人的心(脏)磁场(约百亿分之一T)，而星系际磁场大约相当于人的脑(部)磁场(约万亿分之一T)，甚至低于脑(部)磁场。 从上面宇宙磁现象的介绍可以看出，宇宙磁现象是宇宙空间到处都存在的，而且许多宇宙磁现象还同科学研究和我们生活有着密切的关系，还有着远比我们在地球上接触到的磁场更强和更弱的磁场。 太阳系行星际现代人类已进入空间时代，空间环境对人和生物等的影响已受到特别的关注，其中的空间气候如太阳风等便同太阳磁场和太阳系磁场有关密切的关系。前面已经讲到，太阳风是由太阳上的能量高的带电粒子如电子、质子等从太阳表面喷射到太阳外的太阳系空间甚至更远的空间。由于太阳风中粒子带有电荷，因此也将太阳磁场带入太阳系空间甚至更远的空间，形成太阳系行星空间的行星际磁场。图4中便是太阳系行星际磁场的方向。因为太阳风含有高能量带电粒子，这对于行星际中的空间飞行器，特别是对飞行器的人和生物等是有伤害的。因此对剧烈的太阳风的预报和预防是特别需要的。 如何预报剧烈的太阳风？因为太阳风是从太阳发射出来的带太阳磁场的高能量带电粒子，是太阳的磁活动，如太阳黑子和太阳耀斑等产生的。这就需要预报太阳的剧烈磁活动。太阳黑子和太阳耀斑是可以从太阳光观测出来的。光的传播速度是远高于高能带电粒子的运动速度的，因此只要观测到太阳黑子和太阳耀斑等剧烈活动的光信号，便可以预测和预报剧烈太阳风的时间。这样就可以对行星际空间将要发生的剧烈太阳风进行预测和预报了。当然这就需要更多和更深入地研究各种太阳磁活动、特别是剧烈太阳磁活动的产生机制和各种影响因素。 在太阳系行星系统中，许多行星的磁场都低于地球的磁场，但是太阳系中最大的行星木星的表面磁场却约为地球磁场的10倍。这是什么原因？进一步深入研究认识到，木星主要是由氢构成的，木星表面为氢气，木星内部压力增大，氢气转变为液态氢，再深入木星内部，压力更增大，液态氢又转变为固态氢。更深入木星内部后固态氢密度更增大，又从绝缘状态的氢转变为金属状态的氢。从物理学理论研究可知，金属氢还可能在一定条件下转变为超导体。如果木星内部存在电阻为零的超导氢，就会存在巨大的电流，并由此产生高的磁场。这样就可以说明木星为什么有较高的磁场。物理学理论研究还指出，金属氢还可能是一种高温高能燃料。这样就促进了关于金属氢的探索性研究。目前虽然在地球上还未研究出金属氢来，但是对木星磁场的测量和研究，以及由此引出的关于金属氢的推测却是引人注意的。 |
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