太阳圈电流片

✍ dations ◷ 2025-06-29 12:44:13 #太阳,太空等离子,等离子体天体物理学,喷气

太阳圈电流片(Heliospheric current sheet,缩写为HCS)或太阳圈电流页是太阳系内部磁场极性发生转换的表面,这个区域在太阳圈内沿着太阳赤道平面延伸。电流片的形状是受到行星际物质中太阳磁场旋转的影响而形成的,厚度大约为10,000公里,有一小股电流在电流片中流动,大小约为10-10A/m2。

电流片下面的磁场称为行星际磁场,其产生的电流构成了一部分太阳圈电流回路。太阳圈电流片有时也称为行星际电流片。

由于太阳自转,磁场被扭曲成帕克螺旋(Parker spiral),这是阿基米德螺线的一种,是由尤金·帕克于1958年提出的,因而得名。电流片将帕克螺旋形状的磁场一分为二。1970年代早期,Schatten发展出一个数学模型,当旋转的磁场改变极性时会翘曲、变形,形成类似芭蕾舞裙的波浪螺旋形状。进一步的动力学研究表明,太阳如同一位害羞的女芭蕾舞演员,会将高高飘扬的裙摆反复向下压。

这种芭蕾舞裙形状的成因有时被称为“水龙头效应”或者“橡胶软管效应”,好比一个人手执水龙头上下挥舞并且快速旋转。水流好比太阳风不断向外喷射。

太阳圈电流片随着太阳的自转每27天转一圈,在这期间地球的磁场会穿越其峰顶与谷底,并与之发生相互作用。在靠近太阳表面的地方,由电流片中的径向电流产生的磁场大约在5×10-6T量级。太阳表面的磁场大小约为10-4T。如果是磁偶极(英语:Magnetic dipole)场,其强度与距离的三次方成反比,地球轨道附近的磁场大约为10-11T。而实际上太阳磁场含有多极矩的成分,因此在地球附近实际大小要比这大100倍。

太阳圈电流片中的电流向内流动,并与太阳磁场一道在太阳极区附近向外流动的电流构成闭合回路,总电流大约在3×109安培的数量级,太阳圈中电流密度最大的地方达到了10-10A/m2的数量级。与其它天体物理过程中的电流片相比,产生地球极光的白克兰电流只有大约100万安培,大小只有太阳圈电流片中电流的千分之一。

太阳圈电流片是由翰M. 威尔科克斯和诺曼F. Ness在1965年提出的。汉尼斯·阿尔文等人推测银河系也存在类似的星系电流片,估计电流大小为1017-1019安培,位于银河系的对称平面上。

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