[科普中国]-电喷流

电喷流是指在电离层水平方向流动的电流。

电喷流可以存在于任何纬度地带。但是，在两极附近电喷流要比低纬度地带强大得多。在极地的电喷流称为极光电喷流，它是产生极光的能源。

作为电流，则具有电流的磁效应，会在自身周围建立一个磁场。同时太阳耀斑的能量会引起电喷流的剧烈变化。

物理条件和相对论电子的磁流体湍流再加速根据几个低光度射电星系中的射电喷流的观测特性及内部物理条件，讨论了相对论电子的再加速。假定加速机制为费米型，得到射电喷流内的加速系数为～10-15秒-1，从而可以较好地解释喷流的射电亮度分布和频谱特性。进一步讨论了磁流体力学湍流提供加速的可能性，并表明湍流的能谱指数应限制在窄的范围内 (v～1.6--1.7)。1

射电喷流可能又是光学喷流无论在高光度源中 ( 3C273 ) 和低光度源中 ( 3C31和3C66B， M87 )，都可以出现光 学喷流，有的辐射还延伸到X一线。通常光学喷流的长度约几个千秒差距。而在低光度射电星系中，光学喷流常只出现于靠近星系核的射电喷流的底部。1

光学喷流中的磁场取向一个特别令人注目的特点是，在所有已观测到的光学喷流中，观测到的投影磁场取向都是平行于喷流的轴线方向 (M87， 3C273， 3C31)，即使喷流轴线有振荡，磁场也随着而改变方向。从这里也可以推测，在像3C66B近核处的光学喷流中，磁场取向也可能遵从同一规律。1

射电喷流中的磁场取向在大光度射电星系中，一般射电喷流中磁场取向在整个长度上沿着喷流轴线方向( 4CT 74.17.1， 4C32.69， 3C273和3Cl29)；而在低光度源中，有的在整个长度上，磁场垂直于喷流方向( 3C449)，或者存在一个从平行磁场转化到垂直磁场的过渡区，即在靠近星系核的几千秒差距上，磁场平行于喷流方向，然后向外逐渐转变为垂直磁场。这种例子如3C31，3C296，NGC315等。巨射电星系NGC6251在150千秒差距长度上磁场取向平行于喷流轴线方向，在这以外变成垂直磁场。1

喷流的单边性在大光度和小光度射电星系中都观测到单边的喷流( 4CT74.17.1，3C273，B0844 十31，4C32·69，3C219 ，NGC6251和M87等 )，但双边喷流只出现于小光度的射电星系中( 3C449，NGC315，3C31，3C296等)。光学喷流总是单边的。1

射电喷流的振荡已经在几个射电星系的喷流中观测到大尺度的振荡现象，如NGC6251，M87，3C449和3C273，4CT74.17；振荡的幅度随距离向外增大，振荡波长数约为2，在振荡末端喷流进人展源区域。振荡波数k及满足ka~0.3--0.5（a为喷流 柱的半径)；振荡特性似乎与观测到的投影磁场取向没有明显的关系(如 NGC6251，M87和3C449 )。1

射电喷流的张角对于磁场平行于喷流方向的射电喷流(不论大光度还是小光度射电星系 )，射电喷流的张角一般都小于5。(如 3C219，4C32.69，3C273，M87和NGC6251)。但对于磁场基本上垂直于轴向的射电喷流(主要是小光度射电源 ) ，其张角一般要大得多，达到7。一15。(如3C31，NGC315和3C449)。在这些射电喷流中，通常在靠近星系核处 ，膨胀突然发生，张角有时达到>20。( 如NGC315 )。1

喷流内的热电子密度根据比较可靠的消偏振和法拉第旋转的测量，测定出的射电喷流内部电子密度在10-2一10-5厘米-3的范围内 ，最低的电子密度出现于大光度射电星系的喷流中(如 3C273和3C219 )，而最高的电子密度出现于低光度射电星系的喷流中( 如3C31和3C449 )。看不出内部热电子密度和其它物理特性之间的明显关系。对于少数几个射电喷流已估算过喷流内的流速vi( NGC6251，3C449等)，得到的流速在103一103 公里秒-1的量级，vi/va～10(va为阿耳芬速度)。这种数值与这些射电喷流中出现开耳文一 亥姆霍兹不稳定性的条件大体一 致，虽然仍 然不清楚喷流中的振荡现象究竟是不稳定性引起的还是由于束的进动。1

M87光学一射电喷流中节点的等离子体团根据M87中射电喷流的观测特性和内部物理条件讨论了光学一 射电节点的等离子团模型，假定在膨胀(绝热 ) 耗损，费米型加速和同步辐射耗损三种效应联合作用下，研究了它的频谱的演化。得到费米型加速的加速系数为~10-9秒-1，以再加速光电子。并且表明，在节点的演化过程中频谱断折频率发生在~5x1014Hz，并随时间变化很慢，这与观测事实相一致。2

M87中光学一 射电喷流中的物理条件关于M87中光学 一射电喷流的主要的观测结果可从文献中找到：de Vaucoleurs和Nieto。( 1979 )对光学喷 流的结构和节点直径作了仔细测量Schmidt等( 1978 )对光学节点的偏振特性作了测量；最早的高分辨射电观测是 wilkinson( 1974 )在1407MHz上进行的(分辨率为0″.5)：Turland(1975)和Laing(1980)分别在5GHz和15.4GHz上用剑桥5公里望远镜作了观测Owne等(1979)用VLA在波长2cm(分辨率0″.6 )和6rm(分辨率为l″ )作了观测； Davis等( 1980)用 0″.9分辨率在408MHz 频率上观测，这是频率最低的高分辨观测； Forster(1980)用较低分辨率在23GHz上作了观测；Stocke等(1982) 在红外波段上作了观测。2

光学一射电喷流的特性及物理条件的总合(1 ) M87中的喷流实际上由两种成份组成：即亮而分立的光学 一射电节点(共8个，命名为D，E，F，A，B， C，G，H)，叠加在一个比较连续的弱的射电背景上。这个背景不发射光辐射。

( 2 ) 光学节点和射电节点的结构非常相似，第一个光学节点( D )出现于300Pc距离上，最外的光学节点处在距离2.5kPc上，在这以外没有光学节点，只存在射电喷流，并迅速膨胀进入射电展瓣区域，喷流总长度可取为3.2k pc。

( 3 ) 光学 一射电喷流的半强度张角(在星系核处 )约 3.°6，光学节点的角径在大体上按此随距离增大，最亮 的光学节点A的直径为：0″.83(1”≈100pc )。2

( 4 ) 射电喷流中存在着大尺度振荡现象，其振幅随距离向外增大，在进人展瓣区域之前最大振幅偏离达到l″.7 ，光学节点H即位于这个偏离的位置上；振荡波长约0.gkpc， 振荡波长数约1.5。

(5 ) 根据X一线，红外，光学和射电测量已得到了四个节点( A，B，C，G)的辐射频谱，表明频谱在5x1014Hz附近( 6000 °A )发生断折，低频段上的频谱指数(定义为Svocv-a为0.58，而在高频段上(X-线一光学 )a大概为~ 1. 5，故△a~1.0( 在断折区域(光学 一 红外)，测定的频谱指数为a=0.92)。特别有意义的是，四 节点的频谱性质非常相似，即在整个频率范围内有大致相同的断折频率和频谱指数。

( 6 )2cm偏振测量(分辨率为0″.6 )定出节点 A，B，C，G的偏振度约为10一20%光学偏振观测(分辨率l ”x3” ) 表明这些节点的偏振度约5一 15%。这也证明光辐射起源于同步辐射机制。根据Laing的15.4GHz偏振测量，沿整个喷流，投影磁场的取向着轴线方向，且伴随喷流轴线发生振荡。2

( 7 ) 在磁场和相对论粒子能量均分的假设下，得到最亮的节点A和B的辐射光度为2 一3xl042ergs，均分磁场约10-3G，能量密度约10-9ergcm-3。

(8) 从喷流单边性和展源的对称性认为，喷流中物质流速可能是相对论性的，从此估计得到流速在0.6一0.9c 的范围内。

( 9 ) 根据光学和射电的偏振测量和法拉第旋转效应的分析表明，节点内物质密度相当高，约10-2cm-3。

( 10)X 一射线的观测表明，室女座星系团的X 一射线中心重合在M87星系核上，而不是重合在星系团中心上 。这表明M87可能拥有总质量大于1013M☉，M87中恒星的反常速度弥散也说明这种可能性。由此推得的星系内部介质密度达到10-2cm-3。2

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所