太空电浆爆发现象-中央太空所-国立中央大学.pdfVIP

太空電漿爆發現象 1 1,2,3 文/郝玲妮 、陳秋榮 半世紀太空探索最顯著的成果之一為發現太陽系充滿豐富的電漿現象。經由人造衛星所攜帶的科學儀器可直接探測地球 的太空電漿環境特性與觀測太陽的電漿現象。本文將對於太陽系之太空電漿爆發現象，包括地球的副磁暴與太陽閃燄，及其 產生之可能物理機制做一簡短介紹。 一、太空電漿–天然的電漿實驗室 星，地球的太空環境為最廣為探測之自然電漿實驗 室。而最近二十多年經由人造衛星進行對太陽的觀 太空電漿是電漿科學主要的研究領域之一。半世 測，使得科學家對於太空電漿有更深入與廣泛的認 紀前人類第一次以人造衛星將蓋格計數器帶入太空， 識。在本文中我們將介紹兩項廣為研究的大尺度太空 即發現近地球太空的范艾倫輻射帶( 位於約 2-5 個地 電漿爆發現象--太陽與地球之電漿風暴，或一般所稱 球半徑處)充滿高能帶電粒子，隨後發現了地球磁層與 之太陽閃燄與地球的副磁暴。 太陽風等。過去五十年太空船幾乎已造訪了太陽系的 九大行星（除了冥王星）與其衛星及彗星等，並對太 二、基本太空電漿物理 陽做深入的觀測，證實了電漿在太陽系無所不在的事 實。而我们的太陽系只是整個宇宙中的約 1022 星球之 太空電漿為一多粒子與電磁場交互作用之非線性 一，統計上可推論電漿應是太空宇宙的普遍成份。光 系統，其基本物理定律為帶電荷粒子之運動方程與馬 波、無線電波、X- 與 Gamma Ray 等的探測也顯示許 克士威爾方程。然大尺度現象涉及數量龐大的粒子， 23 多的天文現象與電漿的存在息息相關，如脈衝星、 如地球的磁層約有 10 粒子，無論是解析或數值模擬 accretion disk 、jet 與恆星風，及宇宙射線之加速等。 均有很大的困難。一般描述大尺度電漿現象，所應用 如果說宇宙物質百分之九十九的成份是電漿可能也不 之物理定律為一套磁流體方程，其最大的缺點為無法 為過，然至目前為止，太空電漿的直接「實地」探測 描述離子與電子尺度之微觀動力學。在磁場較弱或電 僅限於我们的太陽系。在本文中太空電漿之焦點將是 漿參數 β （熱壓與磁壓比）較大的區域，質子迴旋半 太陽系的電漿。 徑會變的很大，接近物理現象的特徵尺度，此時磁流 體理論，尤其是完全導體假設並不適用。後者引申的 太空電漿與實驗室電漿最大不同之處為參數與邊 特性為電場近似垂直於磁場，此乃由於在無碰撞的情 界條件。太空電漿的密度相對的小許多，例如在磁層 -3 況下，帶電粒子沿著磁場有很高的移動性，因此不易 與太陽風中粒子密度僅約為 1-10cm ，碰撞頻率極 建立沿磁力線方向之