太阳风是如何被加速的？

    太

    阳向整个太阳系喷射出炽热的带电粒子流--太阳风。然而令人惊奇的是，在靠近太阳表面的地方，却并没有任何明显的强风存在，在太阳风刚刚起步时，其速度只有每秒几十千米。例如，在冕洞底部，其速度只有每秒10～20千米。可当太阳风传播到距离太阳表面几十个太阳半径时，却变成了真正的“狂风”，速度达每秒数百千米，在地球轨道附近，高达每秒800千米以上，最高秒速甚至超过1000千米，是其出发时的速度的几十倍！图113为尤利西斯空间探测器（ULYSSES）获得的在太阳不同方向射出的太阳风速度分布图。在远离太阳的地方，是什么原因导致太阳风得到加速的呢？

    科学家揣测，在行星际空间一定存在某种驱

    动机制，使太阳风获得了加速。那么太阳风加速动力来自哪里呢？

    事实上，造成太阳风加速的这个神秘推动力和太阳引力有非常密切的关系。从太阳表面喷射出的太阳风初速度是由两个作用因素决定的：

    （1）太阳大气热压力和磁场驱动力：太阳大气的温度从太阳光球表面的5700开左右升高到日冕的200万开左右，很高的温度表明粒子有很高的热运动速度，有挣脱太阳引力束缚逃逸的趋势。同时，从太阳低层到太阳大气高层，磁场强度也是递减的，尤其在冕洞区域，这种趋势在很大空间尺度上都是稳定持续存在的，根据中国科学院国家天文台谭宝林提出的磁场梯度抽运机制，带电粒子会受到一种向上的抽运作用，从而使能量较高的粒子逃

    离太阳。

    （2）太阳引力：引力作用则与上述热压力和磁场驱动力的作用正相反，它将所有粒子都向太阳内部吸引，使之被束缚。但是，随着与太阳的距离的逐步增加，太阳引力束缚不断减小，对太阳风的约束作用也就不断减弱一直完全松手，于是，太阳风也就自然而然地加速前进了。

    下面通过一个简单计算来验证：设太阳风初始速度为V1、远离太阳时的最终运动速度为V2。根据机械能守恒定律，有

    ：21 22＝21 mV1+R

    mV

    2 GMm

    。其中

    G

    为万有引力常数，

    R

    为太阳半径，

    M

    为太阳质量。依据上式可得太阳风在远离太阳时的运动速度为：

    V

    2=V12+R

    2GM

    。即使我们假定初始速度为V

    1=0，则：V2=618千米/秒。

    这个V2就是太阳的逃逸速度，即只要粒子的热运动速度达到这个值，就可以挣脱太阳的引力束缚逃入行星际空间。在太阳光球表面，温度大约5700开，可算出电子的平均热运动速度约500千米/秒，质子的平均热运动速度为12千米/秒，均小于上述逃逸速度。而在日冕大气中，温度大约200万开，可计算出其电子平均热运动速度为9500千米/秒，质子的平均热运动速度为225千米/秒。可见，在日冕中，几乎绝大部分电子的热运动速度都大大超过了太阳的逃逸速度；对于质子，虽然其平均热速度小于太阳的逃逸速度，但是，如果考虑到质子的能量分布服从麦克斯韦分布，仍然有相当比例的质

    子实际运动速度超过了太阳的逃逸速度。通过计算可知，这个比例大约为10%，这仍然是一个相当可观的比例了，足够为太阳风提供快速粒子流。

    太阳风从太阳表面附近出发，刚开始受太阳强大引力的束缚，因而其速度缓慢。但是，随着高度增加，太阳引力的大小随距离的平方递减，引力越来越弱，直到接近于0。而粒子热运动和太阳磁场对粒子的推力逐渐占据了上风，太阳风便不再受到太阳的引力约束而自由地奔向茫茫太空了。

    除了上述解释外，科学家们还曾提出阿尔芬波加速等机制来解释太阳风的加速过程。因此，有关太阳风的加速问题仍然还是一个有待继续研究的问题，目前尚无法下最终的结论。

    图114 冕洞，高速太阳风的发源地