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星際物質(縮寫為ISM)是存在於星系和恆星之間的物質和輻射場(ISRF)的總稱。行星際物質是填充在太陽系的物質,太陽系內較大的天體,如行星,小行星和彗星都運行在其間。行星際物質包括行星際的塵埃, 宇宙射線和來自太陽風的熱等離子。

1 行星際物質 -行星際物質

 

2 行星際物質 -正文

  行星際空間雖然空空蕩蕩,但並非真空,其中分佈著極稀薄的氣體和極少量的塵埃。在地球軌道附近的行星際空間中,每立方厘米平均約含有五個正離子(絕大部分為質子)和五個電子。此外,還充斥著來自太陽、行星以及太陽系以外的電磁波。
  從地面觀測得知存在行星際物質的根據是:①黃道光,②彗尾氣體中的加速現象。前者是太陽光被行星際物質中質量小於10-6克的質點所散射而造成的;後者可用太陽風的作用加以解釋。目前已經清楚,太陽風是行星際物質的主要來源。太陽風是從日冕發出的一種等離子流。日冕具有一、二百萬度的高溫,甚至連太陽那樣強的引力也無法永遠維繫這種熾熱氣體。因此,就某種意義上說,行星際物質可以看作是日冕的稀薄的延伸。
  在十九世紀末和二十世紀初,科學家們認為行星際物質來自所謂太陽微粒輻射,亦即來自太陽表面活動區的高能電子。以後,德國學者林德曼認識到,所謂微粒輻射實際上是由電子和正離子組成的氣體──等離子體。阿爾文等人關於太陽的高速等離子體與地球磁場相互作用的研究,使人們認識到「微粒流」來源於太陽活動區。由於太陽的自轉,從非轉動坐標系看來,這種來自太陽的凍結於磁力線中的帶電質點流具有阿基米德螺線的形狀。1958年,范愛倫設計了地球衛星「探險者」1號,對地球周圍的行星際空間進行了探測,於1959年發現地球輻射帶。1962年,「水手」2號在飛向金星的過程中,探明太陽風主要由電離氫(即電子和質子)組成,從太陽朝外徑向流動,速度範圍在350~800公里/秒之間,平均密度每立方厘米5.4個離子,離子溫度大約是16萬度,磁場強度為6×10-5高斯。「先驅者」10號和11號在飛行過程中,發回關於行星際空間的情報,發現在離太陽1~5天文單位範圍內,太陽風平均速度變化不大,只是變化幅度大為減小;平均離子溫度減少二分之一;平均離子密度近似地按距離平方反比定律減少。通過「阿波羅」登月計劃所用箔收集器以及種種空間探測器的測量,已經查明,行星際質點主要是電子、質子以及氦、碳、氮、氧和重元素的核。所有這些物質都是太陽大氣所固有的,其中以質子和電子為最多,這是因為氫是太陽大氣中最豐富的元素而電子則是所有物質都具有的。這些質點在太陽耀斑的「閃耀」階段被加速,脫離太陽並通過行星際磁場向外擴散。太陽風高速向外流動,當它與星際氣體相遇時就終止了。

  太陽風的直接測量範圍只限於太陽赤道面附近 9°以內的行星際空間,「先驅者」11號的測量範圍也只能達到日緯20°的行星際空間。因此,對更高日緯的行星際空間性質的研究,必須依靠彗尾觀測,以及分析由行星際等離子體的不規則性所造成的來自恆星的無線電信號的「閃爍」。這種高日緯研究將提供行星際物質的三維分佈和物理性質的信息。
  除太陽風以外,彗星的碎裂、小行星的瓦解以及流星體和宇宙塵等都構成行星際物質的補充來源(見流星)。對黃道光的研究有助於了解太陽系中行星際物質的分佈狀況。
  參考書目
 J.C.Brandt and P. W. Hodge, Solar System Astrophysics, McGraw-Hill, New York,1964.

 

3 行星際物質 -配圖

 

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