【地理素养】高中地理太阳视运动、太阳直射点变化、太阳活动对地球的影响、太阳风与日冕物质抛射

分享即是学习

太阳是浩瀚宇宙中一颗普通的恒星，对于人类来说，却是最重要的一颗恒星，太阳的一举一动都和万物生存息息相关。

1、 太阳活动的主要类型

从整体看，太阳处于稳定状态，但是从局部看，太阳大气经常发生着变化，而且会以每11年左右为周期释放巨大的能量，这就是太阳活动。太阳活动的主要类型有：

（1）太阳黑子

太阳黑子在光球上经常出没，而且通常成群出现暗黑色斑点。实际上黑子并不黑，只是这些斑点凹进太阳表面，有的可达100千米，其温度比光球表面温度大约低了1500度左右，由于明亮光球的衬托，就显得暗淡些，故名“黑子”。

黑子是太阳表面最活跃的地方，它是沿着太阳的自转方向而运动着的旋涡。至于黑子里面的物质，其运动速度极快，每秒可达1000米~2000米，远比地球上12级台风快得多。所以又可以说黑子就是太阳表面的“风暴”，这“风暴”的范围有大有小，大的可装下10多个地球，小的直径只有2000千米~3000千米。“风暴”的寿命有长有短，长者寿命可达数月，极个别的可超过1年，而短的仅有几天或几个小时。

黑子极少单个出现，通常是成双成对，或是一群一群地出现。在1个黑子周期（平均为11年）内大约可以观察到1500个黑子群。在黑子群中也往往有两个主要的成对黑子。

太阳黑子的多少与大小，随着时间的变化具有一定的周期性。根据长期的观察记录可知，这个周期是11.3年~11.4年。这一消长规律，天文学称为“太阳活动周”。从1755年算起，当前正值第23个活动周期。

（2）太阳耀斑

太阳耀斑是在太阳色球层上局部地区突然出现、并迅速增大的亮斑，也叫“色球爆发”。耀斑是太阳上最强烈、最复杂、对人类影响最大的活动现象。

耀斑可以在极短的时间内释放出巨大的能量并产生多样的辐射。通常耀斑持续时间只有几分钟至1小时。据观察，一个耀斑爆发时，温度可达几百万摄氏度，其释放出来的能量，可达1022 J~1023 J，相当于100亿个百万吨级氢弹爆炸时产生的威力，几乎与地球上全部矿物燃料所能产生的能量相当。其能量释放主要以辐射方式进行，其中的一部分可以到达地球。

研究发现，几乎所有的耀斑都发生在黑子附近，且多出现在强磁场区，因此认为耀斑是磁场不稳定的产物，其巨大能量可能来自黑子磁场。研究还发现耀斑与黑子伴随发生，常随黑子群的增多而增多，其周期亦为11年。

（3）太阳风

在太阳大气的最外层——日冕层，其温度可高达100万摄氏度。在这样高的温度下，其中的质子和电子会由于日冕膨胀而向外运动，从而产生高能带电粒子流，运动速度每秒可高达900千米以上。这样高速的带电粒子流，会有一部分冲脱太阳的引力，像阵阵狂风不断“吹”向行星际空间，而被称为“太阳风”。太阳通过这一形式，平均每小时要把3000吨左右的物质抛向宇宙中。太阳风“吹”到地球一般要五六天时间。

2、太阳活动对地球的影响

（1）对地球气候的影响

太阳活动使太阳的高能辐射（紫外线和X射线波段）的辐射量产生大幅度的涨落，由太阳发出的带电粒子流也有极大的变化。高层大气物理状态的变化，会逐层向下传递，其结果又会影响到地球表面附近的气候变化，而且会对某些地区的气压和大气环流造成影响，从而导致许多地区的气候异常。科学家们认为气候变化也有11年和22年的周期性。这些周期性，是由于太阳黑子的活动周期引起的。一般说来，降水量的年际变化与太阳黑子相对数的年变化有相关性，两者的变化周期均为11年；当黑子增多时，地面温度会偏低，反之偏高。科学家发现，我国大范围气温转变年份几乎都和11年周期的太阳活动极大年相吻合，还发现当耀斑出现后1个月，地面气温平均可升高1℃。

（2）对地球电离层的影响

太阳短波辐射的强烈照射，使地球大气的上层形成电离层，其具有短波无线电通讯的功能。当太阳上出现大耀斑时，太阳的紫外线辐射总量可增加1至2倍，X射线流量甚至可增加数百倍，会猛烈地冲击地球大气中的电离层，引起电离层扰动（又叫电离层暴），使电离层的结构发生急剧变化，有时甚至被冲散，从而丧失掉反射无线电波的功能。此时在电离层传播的短波无线电信号会被部分或全部吸收，从而使信号发生延迟、闪烁等，甚至中断。

（3）对地球磁场的影响

地球本身是个巨大的磁体，在一般情况下，磁场的分布是比较稳定的。随着太阳上大耀斑的出现，大量的高能带电粒子流闯入地球磁场后会因磁场作用发生运动方向的偏离，同时它们也会反作用于地球磁场，使地球磁场发生剧烈扰动，产生“磁暴”现象，使磁针剧烈颤动，不能正确指示方向，谭老师地理工作室综合整理造成地球磁性仪器设备失灵，飞机、船只会因此迷航，甚至失事。磁暴发生时，带电离子在地球磁场中运动可能产生强大的感应电流，进而影响高纬度地区的供电设备、输油管道和电话系统。如1989年3月太阳耀斑导致的磁暴，使加拿大魁北克省供电网断电9小时，损失10亿美元。

（4）对宇宙探测和宇航事业的影响

耀斑爆发抛射出的高能带电粒子会直接损害在地球大气层之外运动的卫星、轨道空间站等宇航探测设施。辐射会对卫星的材料、元器件、太阳能电池造成辐射损伤，同时会使卫星运行程序发生混乱，产生虚假指令；另外，会使卫星表面及内部带有很高的静电，静电放电会损坏器材或材料。如1998年5月的一起高能电子增强事件，使美国一颗通讯卫星和德国的一颗科学卫星失效，多颗卫星失常。

太阳风暴会危及在星际空间飞行中的宇航员的安全。由于远离地球，没有大气层的保护，太阳发出的穿透力极强的高能带电粒子流会直接损害宇航员的健康，甚至会危及生命安全。

（5）对农业、林业生产的影响

太阳活动和农业生产的关系也相当密切。据国外研究表明，太阳活动每11年周期对雨量影响的变幅平均为25%，对某些地区气温影响的变幅平均为1℃，对农作物生长期的影响变幅为58天。人们在分析了世界小麦生产的统计情况后发现，小麦产量随太阳活动而升落，平均变幅为10%。

太阳活动也直接影响到树木的生长。树木生长年轮的变化有明显的11年周期。如我国台湾省丝柏树的增长有22年及11年周期，美国西部干旱地区的古老树种——具芒松的年轮反映出，在黑子多的年份长得厚，反之则薄。

（6）对人类健康的影响

20世纪70年代以来，科学家就开始了对太阳活动与人类健康相关问题的研究。统计发现，太阳活动期间，人体的免疫力可能有所下降，有些心血管病人对太阳黑子剧烈活动引起的电离层扰动可能比较敏感。但是专家指出，太阳活动对人类健康的影响微乎其微，因为任何一次太阳风暴所挟带的数量惊人的X射线、等离子电荷和巨大磁场，在穿越上亿千米空间路程时，大多消失在漫漫旅程中，而到达地球的一部分，又被厚厚的大气层挡在门外，能够穿透大气层并对人类产生影响的仅是极少数，因而对其影响不必畏惧。但是，太阳活动所带来的太阳电磁辐射的增强，对人体健康将产生不良影响，因此人们仍应加强防护，切不可掉以轻心。

太阳视运动的轨迹，与太阳直射点的运动轨迹，是完全不同的两个概念，经常困惑着高中学生。例如某地区处在北半球中高纬度，正值夏季，此时太阳直射点在赤道和南回归线之间（在该地的南面），按照常理说，这时候该地应该东南方向日出、正午正南、西南方向日落。

然而实际上，此地却是太阳从东北升起、东南落下。

太阳直射点的移动

由于地球沿着地轴自转（自转平面为：赤道平面），同时又会绕着太阳公转（公转平面为：黄道平面），这两个平面存在着一个夹角（黄赤交角：23°26′）。因此地球在公转的过程中，太阳直射点便在地球的23°26′N~0°~23°26′S之间，往复移动。

图1 黄赤交角

太阳直射点移动的规律：

总的来说，太阳直射点在南、北回归线之间往复移动。太阳直射北半球时，北半球昼长夜短；太阳直射南半球时，北半球昼短夜长。①春分：太阳直射赤道，全球昼夜等长；②春分-夏至：太阳直射点逐渐北移，昼越来越长，昼长大于夜长；③夏至：太阳直射北回归线，全球昼最长、夜最短；④夏至-秋分：太阳直射点南移，昼逐渐缩短，但昼长仍然大于夜长；⑤秋分：太阳直射赤道，全球昼夜等长；⑥秋分-冬至：太阳直射点逐渐南移，昼逐渐缩短，昼长开始小于夜长；⑦冬至：太阳直射南回归线，全球昼最短，夜最长；⑧冬至-春分：太阳直射点逐渐北移，昼逐渐变长，但昼长仍小于夜长。

图2 太阳直射点的移动

太阳视运动

太阳视运动，即我们在地球上，所观察到的太阳移动轨迹。以北半球为例，如下图所示，假设观察者位于A处，则①在夏半年时，太阳直射北半球，此时太阳东北升起、东南落下；②在春分、秋至时，太阳正东升起、正西落下；③在冬半年时，太阳直射南半球，太阳东南升起、西南落下。

图3 太阳视运动的轨迹

总结

①太阳直射点的移动，可以来判断昼夜长短、正午太阳高度角（α=90°-|当地纬度-太阳直射点纬度|）；

②太阳视运动的轨迹，与太阳直射点的运动轨迹不同，冬半年偏北、夏半年偏南。

太阳大气是太阳外边的大气层,从里向外为光球层,色球层和日冕层。

日冕是太阳大气的最外层，其由很稀薄的完全电离的等离子体组成，其中主要是质子、高度电离的离子和高速的自由电子。

日冕温度有100万摄氏度，在高温下，氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快，以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚，射向太阳的外围，形成太阳风。

日冕中频繁发生着瞬变现象。日冕物质抛射表现为在几分钟至几小时内从日冕层中向行星际空间抛射出一团日冕物质，使很大范围的日冕受到扰动，从而剧烈地改变日冕的宏观形态和磁场位形。日冕物质抛射的形态多种多样，有环状、泡状、云状、束流状、射线状等，其中以环状最多。典型的环状日冕物质抛射结构通常包括：亮外环（或高密度泡）、被环所包围的低密度腔和腔内的由低密度物质构成的亮核。

日冕物质抛射向外抛出的物质本质上是等离子体云，质量大约几十亿到几百亿吨，速度一般从每秒几十公里直到每秒一千多公里，携带了大量的磁场。喷发出的等离子体云若对着地球方向传播，经过1～4天会到达地球空间，与地球磁场相互作用。同时，当快速日冕物质抛射穿过太阳风时，还会加速其中的粒子，使之成为强且持续时间长的高能粒子源。谭老师地理工作室综合整理

太阳风

日冕物质抛射

日冕层

日冕层

物质

带电粒子流

带电粒子流

速度

200-800km/s的速度

几十到1000km/s速度

影响

地球磁场、极光

地球磁场、极光

成因

日冕层高温膨胀，太阳引力不足以束缚住日冕层太阳大气，日冕大气不断向外扩展

日冕磁场不稳定

存在时间

连续存在

几分钟至几小时的瞬间爆发

强度

规模最大、程度最剧烈的太阳活动

据媒体报道,2010年太阳活动进入活跃期(图1),到2013年太阳活动达到高峰期,发生了强烈的太阳风暴;而到2016年,太阳表面的黑子开始逐渐变少(图2)。据此回答1～2题:

1.太阳风暴袭击地球时,可能造成的影响有(　　)

①全球都会出现极光现象　②地球上磁针不能正确指示方向　③北斗卫星导航系统将受到干扰　④北极附近会出现极昼现象

A.③④B.①③C.②③D.①②

2.下列说法可信的是(　　)

A.太阳黑子减少的年份,耀斑爆发频率减少

B.太阳活动高峰年,应增加户外活动,增强皮肤的活力

C.太阳黑子减少的年份,神舟飞船的信号接收易受干扰

D.2019年将再一次出现太阳活动高峰年

解析:1.C　2.A　第1题,太阳风暴发生时会在短时期内释放出大量能量,高能带电粒子流与两极地区稀薄大气摩擦产生极光现象,①错误;导致指南针失灵,出现磁暴现象,同时干扰通信系统,②③正确;极昼现象的形成与黄赤交角的存在有关,和太阳活动无关,④错误。

第2题,太阳黑子增多时,耀斑也较为强烈,反之亦然,A正确;太阳活动高峰年,向地面释放大量带电粒子,此时应减少户外活动,B错误;太阳黑子减少时,太阳活动较弱,对神舟飞船的信号影响小,C错误;太阳活动的周期约为11年,据材料信息推测,下次太阳活动高峰年大约在2024年前后,D错误。

右图中阴影表示黑夜，读图判断7题。

7．图示的时刻前后数日内

A.密西西比河处于枯水期

B.南极长城站处于极昼时期

C.漠河的白天比广州长

D.硅谷地区天气干热

一架在北半球飞行的飞机，飞越晨昏线上空时，当地为8日19时（下图），

回答13题。

13.在下图所示的四个地区中，它飞越的是

北京奥运会火炬将于2008年3月25日在雅典采集火种，4月1日从北京出发在全球传递，5月传回国内。读下图完成20、21题。

20．图中火炬传递的城市数

A.中纬度比低纬度多

B.北半球比南半球少

C.西半球比东半球多

D.南美洲比北美洲少

21．当火炬传递到

A.①地时，当地正午太阳高度为全年最大

B.③地时，当地黑夜比白昼长

C.④地时，当地正值多雨季节

D.⑤地时，当地正值春暖花开季节

下表为2014年12月22日H、K两地日出日落时刻表(北京时间)。完成1～2题。

日出

日中

日落

H

07：11：40

11：31：52

15：52：04

K

07：50：14

13：07：40

18：25：06

1.H地位于K地的()

A．东北

B．东南

C．西北

D．西南

2．H地可能位于()

A．美国东海岸

B．我国东北地区

C．南极半岛

D．澳大利亚西海岸

住宅的环境设计特别关注树种的选择与布局，不同树种对光照与风有不同影响。下图为“华北某低碳社区(40°N)住宅景观设计示意图”。读图回答第3题。

3．为保证冬季太阳能最佳利用效果，图中热水器安装角度合理的是()

A．①

B．②

C．③

D．④

2015年某日出现了日食现象。在四幅日照图中，深色阴影为夜半球，浅色阴影为当时可观测到日食的地区范围。读下图，回答第4题。

4．发生日食的这天，在上图所示四地中，正午太阳高度角最大的是()

A．甲

B．乙

C．丙

D．丁

读“某地某时期正午日影长短和朝向变化示意图”，回答5、6题。

5．该地可能位于()

A．20°N

B．20°S

C．30°N

D．30°S

6．该地正午日影最短时，郑州()

A．正午太阳高度最大

B．昼夜均分

C．正值高温多雨季节

D．正值寒冷干燥季节

7．某日甲、乙两地位于太阳直射点的两侧，两地正午太阳高度角之和为90°，则有关两地纬度组合，正确的是()

A．(80°N,10°N)

B．(90°N,0°)

C．(30°N,40°S)

D．(50°N,10°S)

读“某日①～④四地昼弧长短状况示意图”，回答8、9题。

8．图中四地，纬度值相等的是()

A．②④

B．①④

C．②③

D．①③

9．②地正午太阳高度达到一年中的最大值时，③地()

A．夜长达到一年中的最大值

B．昼长达到一年中的最大值

C．正午太阳高度达到一年中的最小值

D．正午太阳高度达到一年中的最大值

2015年某日，家住北京的李先生在中央电视台大楼东偏南方向的位置，拍摄到太阳“钻进”央视大楼悬挑空间的照片。读图，完成10、11题。

10．李先生拍摄的时间是()

A．冬季的上午

B．冬季的下午

C．夏季的上午

D．夏季的下午

11．若不考虑天气状况，20天后的X日，李先生将会再次拍摄到同样的景观(在相同的条件下)。则X日可能接近()

A．6月12日

B．1月2日

C．7月2日

D．12月12日

参考答案ABAB ABDAB DBDBD C

答案　1.A2.B

解析　第1题，根据表格信息可计算出H地昼长为8小时40分24秒，K地昼长为10小时34分52秒。根据12月22日昼夜长短变化规律知，H位于K的北方；日中应为当地地方时12：00，根据题中所给的日中时间，可计算出H地经度约为127°E，K地的经度约为103°E，H在K的东方，综合以上分析知H位于K的东北方向。第2题，根据上题知H、K两地昼长均小于夜长，由12月22日可推知两地都位于北半球；根据地方时的计算可知H地经度约为127°E结合选择项知我国东北地区符合。

3.答案　D

解析　冬至日该地(40°N)的正午太阳高度为90°－(40°＋23°26′)＝26°34′，太阳能热水器集热板的倾角应与当地的太阳高度互余，约为63°26′，④图最接近此角度。

4.答案　A

解析　该日晨昏线经过极点，太阳直射点位于赤道上。甲、乙、丙、丁四地中，甲地与赤道的纬度差最小，因此正午太阳高度角最大，A项正确。

答案5.B6.D

解析　第5题，正午日影与太阳的位置背向分布，结合图示和太阳直射点移动规律知，太阳直射点大部分时间在该地以北，短时间在其以南，20°S符合图示要求。第6题，该地日影最短时，太阳直射20°S，为北半球冬季，郑州正值寒冷干燥的季节。

7.答案　B

解析　根据正午太阳高度角大小的变化规律，直射点两侧正午太阳高度角之和为90°时，两地之间的纬度距离为90°，

答案　8.D9.B

解析　第8题，结合图示信息知，①地的昼长恰好是③地的夜长，说明两地分属南北不同半球，且纬度数相同。第9题，②③两地昼弧都大于180°，说明此时两地昼长夜短且位于同一半球。②地昼弧远大于夜弧，说明该地位于回归线至极点之间，此时其所在半球昼最长、夜最短，据此知③地该日昼长达到一年中的最大值。

答案10.D11.C

解析　第10题，结合题干信息知，此时太阳位于西北方向，为日落时分，为夏季的下午。第11题，结合题干信息知，X日太阳直射点应仍在北半球，且正向南移动，该日可能接近7月2日。