Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Сонячний вітер



План:


Введення

Виникнення ударних хвиль при зіткненні сонячного вітру з міжзоряним середовищем.

Сонячний вітер ( англ. Solar wind ) - Потік іонізованих частинок (в основному гелієво - водневої плазми), що закінчується з сонячної корони із швидкістю 300-1200 км / с в навколишній космічний простір. Є одним з основних компонентів міжпланетної середовища.

Безліч природних явищ пов'язано з сонячним вітром, у тому числі такі явища космічної погоди, як магнітні бурі і полярні сяйва.

Щодо інших зірочок вживається термін зоряний вітер, так що по відношенню до сонячного вітру можна сказати "зоряний вітер Сонця".

Не слід плутати поняття "сонячний вітер" (потік іонізованих частинок) і "сонячний світло "(потік фотонів). Зокрема, саме ефект тиску сонячного світла (а не вітру) використовується в проектах так званих сонячних вітрил.


1. Історія

Ймовірно, що першим передбачив існування сонячного вітру норвезький дослідник Крістіан Біркланд ( норв. Kristian Birkeland ) В 1916 р. "З фізичної точки зору найбільш ймовірно, що сонячні промені не є ні позитивними ні негативними, але і тим і іншим разом". Іншими словами, сонячний вітер складається з негативних електронів і позитивних іонів. [1]

Три роки опісля, в 1919 Фридерик Ліндеманн ( англ. Frederick Alexander Lindemann ) Також припустив, що частки обох зарядів, протони і електрони, приходять від Сонця. [2]

У 1930-х роках вчені визначили, що температура сонячної корони повинна сягати мільйона градусів, оскільки корона залишається досить яскравою при великому видаленні від Сонця, що добре видно під час сонячних затемнень. Пізніше спектроскопічні спостереження підтвердили цей висновок. У середині 50-х британський математик і астроном Сідні Чепмен визначив властивості газів при таких температурах. Виявилося, що газ стає чудовим провідником тепла і має розсіювати його в простір за межі орбіти Землі. У той же час німецький вчений Людвіг Бірманна ( ньому. Ludwig Franz Benedikt Biermann ) Зацікавився тим фактом, що хвости комет завжди спрямовані геть від Сонця. Бірманна постулював, що Сонце випускає постійний потік частинок, які створюють тиск на газ, що оточує комету, утворюючи довгий хвіст. [3]

У 1955 році радянські астрофізики С. Всехсвятський, Г. М. Нікольський, Є. А. Пономарьов і В. І. Чередниченко показали [4], що протяжна корона втрачає енергію на випромінювання і може знаходитися в стані рівноваги гідродинамічного тільки при спеціальному розподілі потужних внутрішніх джерел енергії. У всіх інших випадках повинен існувати потік речовини та енергії. Цей процес служить фізичним підставою для важливого явища - "динамічної корони". Величина потоку речовини була оцінена з таких міркувань: якби корона перебувала в гідростатичному рівновазі, то висоти однорідної атмосфери для водню і заліза ставилися б як 56 / 1, тобто іонів заліза в дальній короні спостерігатися не повинно. Але це не так. Залізо світиться у всій короні, причому FeXIV спостерігається в більш високих шарах, ніж FeX, хоча кінетична температура там нижче. Силою, що підтримує іони у "підвішеному" стані, може бути імпульс, який передається при зіткненнях висхідним потоком протонів іонам заліза. З умови балансу цих сил легко знайти потік протонів. Він виявився таким же, який прямував з гідродинамічної теорії, підтвердженої згодом прямими вимірами. Для 1955 це було значним досягненням, але в "динамічну корону" ніхто тоді не повірив.

Трьома роками пізніше Юджин Паркер ( англ. Eugene N. Parker ) Зробив висновок, що гаряче протягом від Сонця в чепменовской моделі і потік частинок, здуває кометні хвости в гіпотезі Бірманна - це два прояви одного і того ж явища, яке він назвав "сонячним вітром". [5] [6] Паркер показав, що навіть незважаючи на те, що сонячна корона сильно притягається Сонцем, вона настільки добре проводить тепло, що залишається гарячою на великій відстані. Так як з відстанню від Сонця його тяжіння слабшає, з верхньої корони починається надзвукове витікання речовини в міжпланетний простір. Більше того, Паркер був першим, хто вказав, що ефект ослаблення гравітації має той же вплив на гідродинамічний протягом, що й сопло Лаваля : воно виробляє перехід течії з дозвуковой в надзвукову фазу. [7]

Теорія Паркера була піддана жорсткій критиці. Стаття, послана в 1958 році Astrophysical Journal була забракована двома рецензентами і тільки завдяки редактору, Субраманьяну Чандрасекара потрапила на сторінки журналу.

У січні 1959 перші прямі вимірювання характеристик сонячного вітру були проведені радянської станцією Луна-1. [8] Спостереження проводилися за допомогою сцинтиляційного лічильника і газового іонізаційного детектора. [9] Три роки по тому такі ж вимірювання були проведені американськими вченими на борту станції Марінер-2. [10]

Однак, прискорення вітру до високих швидкостей ще не було зрозуміло і не могло бути пояснено з теорії Паркера. Перші чисельні моделі сонячного вітру в короні з використанням рівнянь магнітної гідродинаміки були створені Пневманом і Кнопп ( англ. Pneuman and Knopp ) В 1971 р. [11]

Наприкінці 90-х за допомогою Ультрафіолетового коронального спектрометра ( англ. Ultraviolet Coronal Spectrometer (UVCS) ) На борту супутника SOHO було проведено спостереження областей виникнення швидкого сонячного вітру на сонячних полюсах. Виявилося, що прискорення вітру багато більше, ніж передбачалося, виходячи з чисто термодинамічної розширення. Модель Паркера пророкувала, що швидкість вітру стає надзвуковий на висоті 4 радіусів Сонця від фотосфери, а спостереження показали, що цей перехід відбувається істотно нижче, приблизно на висоті 1 радіуса Сонця, підтверджуючи, що існує додатковий механізм прискорення сонячного вітру.


2. Характеристики

Через сонячного вітру Сонце втрачає щосекунди близько одного мільйона тонн речовини. Сонячний вітер складається в основному з електронів, протонів і ядер гелію ( альфа-частинок); ядра інших елементів і неіонізованій частинок (електрично нейтральних) містяться в дуже незначній кількості.

Хоча сонячний вітер виходить із зовнішнього шару Сонця, він не відображає реального складу елементів у цьому шарі, так як в результаті процесів диференціації вміст деяких елементів збільшується, а деяких - зменшується (FIP-ефект).

Інтенсивність сонячного вітру залежить від змін сонячної активності і його джерел. Багаторічні спостереження на орбіті Землі (близько 150 000 000 км від Сонця) показали, що сонячний вітер структурований і зазвичай ділиться на спокійний і обурений (спорадичний і рекурентний). Залежно від швидкості, спокійні потоки сонячного вітру діляться на два класи: повільні (приблизно 300-500 км / с біля орбіти Землі) і швидкі (500-800 км / с біля орбіти Землі). Іноді до стаціонарного вітру відносять область геліосферного токового шару, який розділяє області різної полярності міжпланетного магнітного поля, і за своїми характеристиками близький до повільного вітру.

Параметри сонячного вітру
Параметр Середня величина Повільний сонячний вітер Швидкий сонячний вітер
Щільність n, см -3 8,8 11,9 3,9
Швидкість V, км / с 468 327 702
nV, см -2 с -1 3,8 10 8 3,9 10 8 2,7 10 8
Темп. протонів T p, К 7 10 4 3,4 10 4 2,3 10 5
Темп. електронів T e, К 1,4 10 5 1,3 10 5 1,0 10 5
T e / T p 1,9 4,4 0,45

2.1. Повільний сонячний вітер

Повільний сонячний вітер породжується "спокійною" частиною сонячної корони (областю корональних стримерів) при її газодинамічному розширенні: при температурі корони близько 2 10 6 К корона не може перебувати в умовах гідростатичного рівноваги, і це розширення при наявних граничних умовах повинно приводити до розгону корональної речовини до надзвукових швидкостей. Нагрівання сонячної корони до таких температур відбувається внаслідок конвективної природи теплопереносу в фотосфері сонця: розвиток конвективної турбулентності в плазмі супроводжується генерацією інтенсивних магнітозвукових хвиль; в свою чергу при поширенні в напрямку зменшення щільності сонячної атмосфери звукові хвилі трансформуються в ударні; ударні хвилі ефективно поглинаються речовиною корони і розігрівають її до температури (1-3) 10 6 К.


2.2. Швидкий сонячний вітер

Потоки рекурентного швидкого сонячного вітру випускаються Сонцем протягом декількох місяців і мають період повторюваності при спостереженні із Землі в 27 діб (період обертання Сонця). Ці потоки асоційовані з корональними дірами - областями корони з відносно низькою температурою (приблизно 0,8 10 6 К), зниженою щільністю плазми (всього чверть густини спокійних областей корони) і радіальним стосовно Сонця магнітним полем.


2.3. Обурені потоки

До обуреним потокам відносять міжпланетний прояв корональних викидів маси (СМЕ), а також області стиснення перед швидкими СМЕ (званими в англомовній літературі Sheath) і перед швидкими потоками з корональних дір (званими в англомовній літературі Corotating interaction region - CIR). Близько половини випадків спостережень Sheath і CIR можуть мати попереду себе міжпланетну ударну хвилю. Саме в обурених типах сонячного вітру міжпланетне магнітне поле може відхилятися від площини екліптики і містити південну компоненту поля, яка призводить до багатьох ефектів космічної погоди ( геомагнітної активності, включаючи магнітні бурі). Раніше передбачалося, що обурені спорадичні потоки викликаються сонячними спалахами, проте в даний час вважається, що спорадичні потоки в сонячному вітрі обумовлені корональними викидами. Разом з тим слід зазначити, що і сонячні спалахи, і корональні викиди пов'язані з одними і тими ж джерелами енергії на Сонці і між ними існує статистична залежність.

За часом спостереження різних великомасштабних типів сонячного вітру швидкі і повільні потоки складають близько 53%, геліосферний струмовий шар 6%, CIR - 10%, CME - 22%, Sheath - 9%, і співвідношення між часом спостереження різних типів сильно змінюється в циклі сонячної активності. [12].


3. Феномени, породжувані сонячним вітром

Завдяки високій провідності плазми сонячного вітру магнітне поле Сонця виявляється вмороженностью в истекающие потоки вітру і спостерігається в міжпланетної середовищі у вигляді міжпланетного магнітного поля.

Сонячний вітер утворює кордон геліосфери, завдяки чому перешкоджає проникненню міжзоряного газу в Сонячну систему. Магнітне поле сонячного вітру значно послаблює приходять ззовні галактичні космічні промені. Локальне підвищення міжпланетного магнітного поля призводить до короткострокових зниженнях космічних променів, Форбуш-зниженнях, а великомасштабні зменшення поля призводять до їх довгостроковим зростанням. Так в 2009 році, в період тривалого мінімуму сонячної активності, інтенсивність випромінювання поблизу Землі зросла на 19% відносно всіх спостережуваних раніше максимумів. [13]

Сонячний вітер породжує на планетах Сонячної системи, що володіють магнітним полем, такі явища, як магнітосфера, полярні сяйва і радіаційні пояси планет.


4. У культурі

"Сонячний вітер" - розповідь відомого письменника-фантаста Артура Кларка, написаний в 1963.

Примітки

  1. Kristian Birkeland, "Are the Solar Corpuscular Rays that penetrate the Earth's Atmosphere Negative or Positive Rays?" in Videnskapsselskapets Skrifter, I Mat - Naturv. Klasse No.1, Christiania, 1916.
  2. Philosophical Magazine, Series 6, Vol. 38, No. 228, December, 1919, 674 (on the Solar Wind)
  3. Ludwig Biermann (1951). "Kometenschweife und solare Korpuskularstrahlung". Zeitschrift fr Astrophysik 29: 274.
  4. Всехсвятський С.К., Нікольський Г.М., Пономарьов Е.А., Чередниченко В.І. (1955). "До питання про корпускулярну випромінюванні Сонця". Астрономічний журнал 32: 165.
  5. Christopher T. Russell THE SOLAR WIND AND MAGNETOSPHERIC Dynamics - www-ssc.igpp.ucla.edu/personnel/russell/papers/solwind_magsphere /. Institute of Geophysics and Planetary Physics University of California, Los Angeles. архіві - www.webcitation.org/61881n46n з першоджерела 22 серпня 2011.
  6. Roach, John. Astrophysicist Recognized for Discovery of Solar Wind - news.nationalgeographic.com/news/2003/08/0827_030827_kyotoprizeparker.html, National Geographic News (August 27, 2003).
  7. Eugene Parker (1958). " Dynamics of the Interplanetary Gas and Magnetic Fields - articles.adsabs.harvard.edu / cgi-bin / nph-iarticle_query? 1958ApJ ... 128 .. 664P ". The Astrophysical Journal 128: 664.
  8. Luna 1 - nssdc.gsfc.nasa.gov / database / MasterCatalog? sc = 1959-012A. NASA National Space Science Data Center. архіві - www.webcitation.org/61882RTrC з першоджерела 22 серпня 2011.
  9. 40th Anniversary of the Space Era in the Nuclear Physics Scientific Research Institute of the Moscow State University - www.kosmofizika.ru/history/npi42.htm, contains the graph showing particle detection by Луна-1 at various altitudes.
  10. M. Neugebauer and CW Snyder (1962). "Solar Plasma Experiment". Science 138: 1095-1097.
  11. GW Pneuman and RA Kopp (1971). "Gas-magnetic field interactions in the solar corona". Solar Physics 18: 258.
  12. Єрмолаєв Ю. І., Миколаєва Н. С., Лодкіна І. Г., Єрмолаєв М. Ю. Відносна частота появи і геоефективність великомасштабних типів сонячного вітру / / Космічні дослідження. - 2010. - Т. 48. - № 1. - С. 3-32.
  13. Cosmic Rays Hit Space Age High - www.nasa.gov / topics / solarsystem / features / ray_surge.html. НАСА (28 вересня 2009). Фотогалерея - www.webcitation.org/61882uAhJ з першоджерела 22 серпня 2011. (Англ.)

Література

  • Паркер Е. Н. Динамічні процеси в міжпланетної середовищі / Пер. з англ. М.: Мир, 1965
  • Пудовкін М. І. Сонячний вітер / / Соросівський освітній журнал, 1996, No 12, с. 87-94.
  • Хундхаузен А. Розширення корони і сонячний вітер / Пер. з англ. М.: Мир, 1976
  • Фізична енциклопедія, т.4 - М.: Велика Російська Енциклопедія стр.586 - www.physicum.narod.ru/vol_4/586.pdf, стр.587 - www.physicum.narod.ru/vol_4/587.pdf і стр .588 - www.physicum.narod.ru/vol_4/588.pdf
  • Фізика космосу. Маленька енциклопедія, М.: Радянська Енциклопедія, 1986 - www.astronet.ru/db/msg/1188678
  • Геліосфера (Під ред. І. С. Веселовського, Ю. І. Єрмолаєва) в монографії Плазмова геліогеофізіка / Под ред. Л. М. Зеленого, І. С. Веселовського. У 2-х т. М.: Фіз-Матла, 2008. Т. 1. 672 с.; Т. 2. 560 с.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Вітер
Сонячний календар
Геострофіческій вітер
Катабатіческій вітер
Зоряний вітер
Вітер Води
Сонячний годинник
Льодовиковий вітер
Сонячний радіус
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru