空间探测已表明太阳是这样的磁场，在北半球的磁力线是悖向太阳，而在南半球的磁力线则是指向太阳。于是就有一个向内与向外磁场间的很薄的过渡层，这个过渡层被称为行星际电流片。在太阳转动和太阳风径向运动共同作用下，电流片扭曲成一个形状像草帽帽沿的曲面。地球在黄道面上运动时，有时处在电流片的上方，有时处在下方。电流片上方的行星际磁场是离开太阳的，而电流片下方的行星际磁场则是指向太阳的。因此，在黄道面上的行星际磁场表现为扇形结构。这个扇形包含4个区域，在同一个区域内，磁场的极性相同，而相邻的区域，磁场极性则相反。两扇形的交界线为阿基米德螺线。空间探测已证实，当太阳宁静时，行星际磁场确实有着清晰的扇形结构的图像。但到目前为止，还不能确定在多大的距离上以及对日球的多大纬度上能基本保持太阳风和磁场的这种大尺度结构。不过，在太阳的低纬度区域的行星际空间内肯定有一把巨大的“磁扇”在徐徐转动着，一个扇形区域穿过地球一般要6~7天。通常在扇形边界刚通过地球时，太阳风密度达到峰值过2~3天后，出现地磁扰动，而扇形中心通过时，太阳风速度最大。在太阳活动期间，电流片的几何形状成为如此的螺旋状，以致正常的扇形结构变得完全无法辨认。
人们对黄道面以外的行星际磁场尚不清楚，因为以往人类发射的各种空间探测器无一例外地都是在黄道面内飞行。由于太阳赤道面和黄道面的交角不到7°，所以在黄道面内飞行的探测器观测不到太阳极区的全景。为了弥补这方面的不足，1990年10月，发现号航天飞机将尤里西斯太阳探测器送入木星的轨道，它的任务不是探测木星周围的空间，而是借巨大的木星引力而飞出黄道面。1992年2月，尤里西斯探测器从离木星42．8万千米处飞越，好似踏上了木星的引力“跳板”，一下子绕过木星北极，相对于黄道面作一个80°大转弯，进入垂直于黄道面、循着一个大圆弧的轨道飞行，速度达到了每秒126千米，这是迄今为止速度最快的空间探测器。它于1994年9月13日中午时分到达太阳轨道的最低点，此处正好位于太阳南极的下方。1995年5月，进入太阳北极地区，成为第一颗人造太阳极地行星。
尤里西斯探测器携带着分析太阳风、太阳磁场和高能粒子等9种科学仪器，第一次从三维立体角度探测太阳，所以取得了意想不到的重要发现。
（1）科学家原以为太阳具有一个类似于地球南北极那样简单的偶极型磁场结构，所以预期能够在极区探测到大于其他地区的磁场强度。具体地说，极区磁场强度应是赤道地区的2倍。然而，尤里西斯探测器没有发现太阳地理意义上的极区所预期的磁场强度增强的任何迹象，相反地，收集到的数据却显示太阳高纬度区的磁场强度几乎是不随纬度而变化。与此相应的是宇宙线强度随日纬的升高只是略有增加而已，并不是像科学家所预料的那样，在太阳极区上空的宇宙线强度要比赤道附近的强得多。这些现象使他们大惑不解。根据探测资料进一步分析表明，高纬度不存在像低纬度区的那种扇形结构，磁场的极性表现得相当紊乱。这说明高纬度太阳周围空间的磁场要比设想的复杂得多，因此，可能要修正人们对太阳磁场结构的原有理解。
（2）另一个意外是来自太阳极区的持续太阳风速度约为来自太阳赤道部位的持续太阳风速度的两倍。这与原先人们关于来自赤道部位的持续太阳风速度最大的预料大相径庭。另外还发现一个有趣的现象，即快、慢速太阳风在化学成分上有一些明显的差异。例如，慢速风中，镁、氧的相对含量要比快速风中高一倍。
看来，人类面对的太阳将是一个比预料的更加复杂的天体。为了在21世纪初进一步深入研究太阳风和日震，已经升空的太阳和日球观测器（SOHO）将对太阳进行为期至少3年的观测。SOHO飞行的最初阶段将掠过月球附近12次，利用月球引力调整飞船的轨道，使它进入一个绕地球和月球飞行的类似8字形的轨道，距地球最近点为2．9万千米，最远点为160万千米。按预订计划，这艘飞船将于1996年脱离地球，进入一个位于地球和太阳之间的轨道。该轨道所在的平面垂直于地球与太阳的连线，距地球160万千米，距太阳1．48亿千米，在这一位置上飞船受到地球的引力等于太阳使飞船离开地球的起潮力，即地球—太阳体系的第一拉格朗日平动点。飞船将在这一平面上绕半径为16万千米的圆形轨道作永久性运行。而轨道所在平面以地球公转的角速率绕太阳公转，所以可以探测太阳风在黄道面上往各个方向吹拂的详细情况。
太阳风对行星磁层有哪些影响？
携带磁场的强劲的太阳风大约以平均每秒450千米的流速吹拂着各个行星，并越过冥王星轨道，一直到约100天文单位距离处。太阳风对行星磁场将发生影响，人类最关心的因而也是最需要了解的是它怎样改变了地磁场的结构。
（1）地磁层。原先人们以为地磁场是一种没有边界，伸向无穷远处的场。20世纪30年代，查普曼提出地球磁层的概念。他推测由带电粒子组成的太阳风吹拂地球时，受地球磁场偏转作用，在地球周围形成带电粒子包围的空腔。20世纪50～60年代，从理论上和人造卫星探测，证实了太阳风的确把地磁场压缩在局部范围内，人们把它称为磁层。磁层顶是太阳风与地球磁场的交界面，即磁层的外边界。在太阳宁静期，磁层顶向阳面的距离约10R地（R地为地球半径），在太阳活动期，则只有5~7R地。由于太阳风是超声速流体（在地球附近为10马赫），被磁层阻挡后，在磁层顶上游形成弓形冲击波，就像超音速普通流体遇到球形障碍物形成离体冲击波那样。弓形冲击波波阵面的厚度远小于太阳风粒子的平均自由程，所以被称为无碰撞冲击波。其中无粒子—粒子相互作用，即无粘滞引起的焦尔耗散，而只有波—粒子和波波相互作用，可产生粒子加速和发射电磁波。弓形冲击波面与磁层之间的过渡区被称为磁鞘，其厚度约3~4R地。有序运动的太阳风经冲击波面进入磁鞘区后，变成无规运动的等离子体湍流，这里的粒子密度和温度均增大。在地球的背阴面，太阳风把地磁场向外拉牵，形成长长的流线型尾巴，被称为磁尾，磁尾长约为1000R地。在20R地处，磁尾的南北厚度为40R地，东西厚度为50R地。在磁尾中仔在一个特殊的界面，这个界面的两边，磁力线突然改变方向，该界面被称为中性片或电流片。而向阳面的磁层则像个扁平的鸡蛋形，被称为磁头。磁头和磁尾的交界处被称为磁尖，粒子可从这里直达地球极区的电离层。总之，地磁场在太阳风的影响下成为形状像彗星，后面拖着很长尾巴的磁层。
（2）辐射带。1958年1月，美国发射了他们的第一颗人造地球卫星——探险者1号。这颗卫星虽只有4．8千克，但却取得了重要的科学成果。霍普金斯大学物理学教授范·艾伦根据卫星的探测结果，发现地球外围存在能发出辐射的区域。这是由于来自宇宙的许多带电高能粒子进入地球磁场后，被地球磁场捕获，并在磁场中作螺旋运动，发出电磁辐射。而原来高能带电粒子由于损失了能量，便不能直接闯入地球表面上来。带电粒子在地球外层被吸收并发出辐射的区域，叫作地球的辐射带，或范·艾伦带。辐射带分内、外两个环形带，其截面呈月牙形。内辐射带的纬度范围为±40°，高度约1~2R地，其中主要为能量约50MeV的质子和少量能量大于30MeV的电子，比较稳定。外辐射带的纬度范围为±50°，高度约3~4R地，主要为低能电子，密度较低，且不稳定。这两个辐射带好像为地球上的生物筑起了“安全罩”，使地球上的生物免受高能粒子的致命轰击。
（3）大尺度电流系统。由于地磁场强度随高度减小和磁力线弯曲，将使带电粒子产生漂移运动。由前者引起的叫做梯度漂移，而后者为曲率漂移。这两种漂移将导致质子由西向东和电子由东向西的运动，于是产生与地球赤道平行的环形电流。磁场越强，带电粒子运动的回旋半径越小；磁场越弱，回旋半径越大。因此粒子在上半部的回旋半径大，下半部的回旋半径小。这样必然引起电子和离子方向相反的漂移运动，由此造成电荷分离，因而产生电流。电流的方向既垂直于磁场，也垂直于磁场梯度的方向。
为了便于理解磁力线弯曲引起的曲率漂移，假设磁力线的曲率半径是常数。带电粒子一方面绕磁力线作回旋运动，另一方面沿弯曲的磁力线运动时将产生惯性离心加速度α。
对于离子，顺着磁场方向看的左半圈回旋圆的运动方向和α的方向相同，离子得到加速。因而速度变大，回旋半径增大；而另半边，回旋半径却减小。因而造成离子的回旋圆的圆心向右漂移，而对于电子则是向左漂移。离子和电子的漂移方向相反也会产生电流。地磁场既有梯度，磁力线又弯曲，都会产生由西向东的环形电流，所以由梯度漂移和曲率漂移产生的电流应叠加起来。地磁场的磁力线除了弯曲外，还向两极会聚。带电粒子在这种形态的磁场中运动时将会发生什么情况呢？带电粒子在磁场中作回旋运动时，在宏观上就相当于一个环形电流，该环形电流跟它所包围的面积的乘积被定义为磁矩μ。当磁场的变化非常缓慢时，只要满足绝热条件，磁矩就是一个寝渐不变量。所谓寝渐不变量是指不是绝对的守恒量，而是一种近似不变量。运动时，W″越来越小，到了某一位置，W″=0。这表明粒子的纵向速度为零，不能再继续沿磁力线运动，而被反射回去，好像光在镜面上反射那样。因此带电粒子从强磁场区域被反射回来的现象被称为磁镜效应。带电粒子在地磁场中运动也会产生磁镜效应现象，也就是说带电粒子往往在地磁两极之间来回作螺旋运动。
在磁层中，除了辐射带中的高能粒子外，还有由低能的电子离子和中性粒子组成的等离子体，即所谓电离层。电离层的形成主要是太阳辐射进入地球大气层后，有一部分被高空大气所吸收，使分子离解和原子电离，电离程度约为0．01％。当然，宇宙线对电离层的形成也有一定的贡献，但比太阳要弱得多。电离层中的电子浓度随高度而变化可明显地划分为几个区域：D层、C层和确F层。D层最低，其电子浓度最大值出现在70~90千米的高空。D层之上是E层，电离程度更大，最大电子浓度达105／厘米3，白天浓度大，晚上浓度小，且十分有规律，是目前人们所了解最多的一个层。最上面为F层，最大电子浓度为106／厘米3。由于磁力线具有与位于那里的等离子体冻结在一起的性质，因而形成与地球一起转动的共转等离子体。但由于太阳风簇拥着磁层流动时，太阳风的一部分动量传递给磁层内的等离子体，另外由于地球磁力线被太阳风吹刮而出现形变，使等离子体产生对流，从而产生另一尺度电流——场电流。
太阳风的变化在磁层顶感应产生磁层顶电流。根据重论，在相反极性磁力线的交界处，容易产生中性片电流。这样球磁层中有4个大尺度电流系统：环电流、场电流、磁层顶电流和中性片电流。当太阳活动剧烈时，强大的太阳风将扰动磁层中的电流系统而造成地磁扰动。今后将要进一步弄清这4个大尺度电流系统所引起磁扰的不同贡献及其主要特征。
太阳风对日球层有什么作用？
从太阳发出的本底太阳风约需3.5天才能到达地球，吹拂的范围远远超过地球轨道。于是，在离太阳最远的行星轨道之外的星际空间将需划出一个球面，以表示太阳风所及之处，或者说是“日射中止”的地方。球内就是由太阳占统治地位的空间，被称为日球层，或简称日球。多数科学家认为日球层的外边界是太阳系的真正边界。人们可能会想象，离太阳越来越远的空间，太阳风的速度会越来越慢，以至于太阳风粒子开始与星际物质混合起来，因而日球层将逐渐消失在一道模糊不清的弥漫的边界上。但据天体物理学家的分析，情况也许根本不是这样。
随着太阳风向外运动，它的体积越来越大，速度确是有些减小，但仍比扰动在其中传播的速度——声速大，因而不能够向上游流体传递任何速度已减小的信号。其结果是，速度快的流体猛烈碰撞前面运动慢的流体，形成了所谓终端击波，它可能是日球层中最强的且寿命最长的击波。当太阳风通过终端击波时，它的速度可能减小到大约原来值的1／4。太阳风的动能一部分转换成热能，使星际气体的温度上升。一部分动能被用来压缩磁场，使磁场强度突增到击波后的值的4倍左右。由此可见，在日球层的外边界附近存在着一种意料不到的不连续状态。人们希望能找到这巨大的球状击波面，因为这里将会发生有趣的物理现象。
星际空间中的中性原子，如氦、氧等，由于它们不受磁场或等离子体的影响，可自由地流进日球层内。后来，它们被太阳辐射或被太阳风本身离子化成为带一个单位电荷的离子。
中性原子一旦成为离子后，太阳风中的磁力线就会捕捉它们，并使这些离子向外作螺旋运动。当它们越过终端击波波阵面时，巨大的磁场梯度把粒子加速到较高的能量。其中一部分被不规则的击波波阵面散射而向内偏斜，这就变成了异常宇宙线而被检测出来。
通常宇宙线粒子是完全失去电子的原子核，能量很高，而异常宇宙线粒子则是保留一些电子的离子，能量较低。这就是近20多年来被空间探测器发现的而过去未曾预料到的低能量的宇宙线组分，且已表明其强度随着与太阳的距离增大而增加。美国衣阿华大学的物理学家从1983—1992年曾两度接收到旅行者探测器天线，由于和这种异常宇宙线粒子碰撞所产生的强烈的低频无线电信号，这些信号可能就是产生在终端击波处。因为太阳爆发时会把终端激波推进推出，所以空间探测器有几次机会接收到它。根据这两次出现低频噪音爆发的时间，将终端击波边界定在离太阳90~120天文单位处。不过确切地说，目前还不知道日球层的边界离太阳有多远。也许要到21世纪的某个时候，当空间探测器越过最后的终端击波处时，这才算是进入了太阳风极为微弱的星际空间。
太阳命运之谜
