Сообщение на тему солнечный ветер. Изображение солнечного ветра в реальном времени(онлайн). Об изменении параметров солнечного ветра с расстоянием от солнца

Солнечный ветер

Солнце является источником постоянного потока частиц. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы, так называемый солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной а

тмосферы – солнечной короны. Вблизи Земли его скорость составляет обычно 400–500 км/с. Поток заряженных частиц выбрасывается из Солнца через корональные дыры – области в атмосфере Солнца с открытым в межпланетное пространство магнитным полем. Солнце вращается с периодом 27 суток. Траектории движения частиц солнечного ветра, движущихся вдоль линий индукции магнитного поля, имеют спиральную структуру, обусловленную вращением Солнца. В результате вращения Солнца геометрической формой потока солнечного ветра будет архимедова спираль. В дни солнечных бурь солнечный ветер резко усиливается. Он вызывает полярные сияния и магнитные бури на Земле, а космонавтам не следует в это время выходить в открытый космос. Под воздействием солнечного ветра хвосты комет всегда направлены в сторону от Солнца. Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают сантиметровые радиоволны, которые излучает хромосфера, и более длинные волны, излучаемые короной.

Планета Меркурий

Меркурий - самая близкая к Солнцу планета, и весь свой путь по орбите вокруг Солнца он проходит всего за 88 дней. Меркурий - самая маленькая из всех планет, не считая Плутона. Поверхность этого небольшого мирка достаточно горяча, чтобы расплавить олово и свинец. Едва ли там есть какая-нибудь атмосфера, а твердый грунт весь покрыт кратерами.

• Масса: 3,3*1023 кг. (0,055 массы Земли);
• Диаметр экватора: 4870 км. (0,38 диаметра экватора Земли);
• Плотность: 5,43 г/см3
• Температура поверхности: максимум 480°С, минимум -180°С
• 58,65 земных суток
• 0,387 а.е., то есть 58 млн км
• 88 земных суток
• Период обращения вокруг собственной оси (сутки): 176 земных суток
• Наклон орбиты к эклиптике: 7°
• Эксцентриситет орбиты: 0,206
• 47,9 км/с
• 3,72 м/с2

Строение планеты Меркурий

На основании анализа фотографий Меркурия американские геологи П. Шульц и Д. Гаулт предложили следующую схему эволюции его поверхности. После завершения процесса аккумуляции и формирования планеты её поверхность была гладкой. Далее наступил процесс интенсивной бомбардировки планеты остатками планетного роя, во время которой образовались бассейны типа Калорис, а так же кратеры типа Коперника на Луне. Следующий период характеризовался интенсивным вулканизмом и выходом потока лавы, заполнявшей крупные бассейны. Этот период завершился около 3 млрд. лет назад. У Меркурия есть слабое магнитное поле, оно составляет 0,7 % земного магнитного поля. Магнитное поле планеты имеет более сложную структуру, чем земное. Кроме дипольного (двухполюсного) в нём присутствуют ещё поля с четырьмя и восемью полюсами. Со стороны Солнца магнитосфера Меркурия сильно сжата под действием солнечного ветра. Высокая плотность и наличие магнитного поля показывает, что у Меркурия должно быть плотное металлическое ядро. Плотность в центре Меркурия должна достигать 9,8 г/см3, радиус ядра составляет 1800 км (75 % радиуса планеты). На долю ядра приходится 80 % массы Меркурия. Несмотря на медленное вращение планеты, её магнитное поле возбуждается тем же динамо-механизмом, что и магнитное поле Земли. Этот механизм сводится к образованию кольцевых электрических токов в ядре планеты при её вращении, которые и генерируют магнитное поле. Над массивным ядром располагается силикатная оболочка толщиной 600 км. Плотность поверхностных пород порядка 3,3 г/см3. Данные об атмосфере Меркурия указывает лишь на её сильную разрежённость. Давление у поверхности планеты в 500 миллиардов раз меньше, чем у поверхности Земли.Меркурий расположен очень близко к Солнцу и захватывает солнечный ветер своим тяготением. Атом гелия, захваченный Меркурием, находится в атмосфере в среднем 200 дней. Кроме гелия на Меркурии зарегистрировано наличие водорода Кроме того, раскаленные, как печь, твердые породы выделяют различные атомы, в том числе атомы щелочных металлов, которые регистрируются в спектре атмосферы. Подозревается присутствие углекислоты и угарного газа.

Поверхность планеты Меркурий

Поверхность Меркурия оказалась усеяна сеткой из кратеров разных размеров. Их распределение по размерам было аналогично лунному. Большая часть кратеров образовалась в результате падения метеоритов. На поверхности планеты были обнаружены гладкие округлые равнины, получившие по сходству с лунными «морями» название бассейнов. Появление долин объясняется интенсивной вулканической деятельностью, которая совпала по времени с формированием поверхности планеты. На Меркурии есть горы, высота наиболее высоких достигает 2–4 км. В ряде районов планеты на поверхности видны долины, бескратерные равнины. На Меркурии встречается также необычная деталь рельефа – эскарп. Это выступ высотой 2–3 км, разделяющий два района поверхности. Эскарпы образовались как сдвиги при раннем сжатии планеты. В полярных областях Меркурия, возможно, имеется водяной лед. Внутренние области находящихся там кратеров Солнце никогда не освещает, и температура там может держаться около –210°С. Альбедо Меркурия крайне низкое, около 0,11. Максимальная температура поверхности Меркурия, +410°С. Перепады температур из-за смены времен года, вызванной вытянутостью орбиты, на дневной стороне достигают 100°С. средняя температура ночного полушария рана –162°С (111 К). С другой стороны, температура подсолнечной точки на среднем расстоянии Меркурия от Солнца равна +347°С. Поверхность этого небольшого мира достаточно горяча, чтобы расплавить свинец или олово.

Планета Венера

Вторая от Солнца большая планета Солнечной системы. Одна из планет земной группы, по своей природе подобная Земле, но меньше по размеру. Как и Земля, она окружена достаточно плотной атмосферой. Венера подходит к Земле ближе любой другой планеты и представляет собой самый яркий небесный объект (если не считать Солнца и Луны). Свет Венеры столь ярок, что если на небе нет ни Солнца, ни Луны, он заставляет предметы отбрасывать тени. Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля. Тем не менее с теневой стороны на Венере господствует мороз более 20 градусов ниже нуля, так как сюда не попадают солнечные лучи в течении очень долгого времени. Поверхность Венеры постоянно закрыта плотными слоями облаков, из-за которых в видимом свете поверхностных деталей почти не видно,

• Масса: 4,87*1024 кг. (0,815 массы Земли);
• Диаметр экватора: 12102 км. (0,949 диаметра экватора Земли);
• Плотность: 5,25 г/см3
• Температура поверхности: максимум 480°С
• Период вращения относительно звёзд: 243 земных суток
• Расстояние от Солнца (среднее): 0,723 a.e.,то есть 108 млн км
• Период обращения по орбите (год): 224,7 земных суток
• Период обращения вокруг собственной оси (не равно суткам, сутки на Венере - 116,8 земных суток): 243,02 земных суток
• Наклон орбиты к эклиптике: 3.39°
• Эксцентриситет орбиты: 0,0068
• Средняя скорость движения по орбите: 35 км/с
• Ускорение свободного падения: 8,87 м/с2

Атмосфера Солнца на 90% состоит из водорода. Самая удаленная от поверхности ее часть называется короной Солнца, она отчетливо видна при полных солнечных затмениях. Температура короны достигает 1,5-2 млн. К, и газ короны полностью ионизирован. При такой температуре плазмы тепловая скорость протонов порядка 100 км/с, а электронов - несколько тысяч километров в секунду. Для преодоления солнечного притяжения достаточна начальная скорость 618 км/с, вторая космическая скорость Солнца. Поэтому постоянно происходит утечка плазмы из солнечной короны в космос. Этот поток протонов и электронов и называется солнечным ветром.

Преодолев притяжение Солнца, частицы солнечного ветра летят по прямым траекториям. Скорость каждой частицы с удалением почти не меняется, но бывает она разной. Эта скорость зависит главным образом от состояния солнечной поверхности, от «погоды» на Солнце. В среднем она равна v ≈ 470 км/с. Расстояние до Земли солнечный ветер проходит за 3-4 суток. При этом плотность частиц в нем убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до Солнца. На расстоянии, равном радиусу земной орбиты, в 1 см 3 в среднем находится 4 протона и 4 электрона.

Солнечный ветер уменьшает массу нашей звезды - Солнца - на 10 9 кг в секунду. Хотя это число по земным масштабам и кажется большим, реально оно мало: убыль солнечной массы может быть замечена только за времена, в тысячи раз превышающие современный возраст Солнца, который равен приблизительно 5 млрд. лет.

Интересно и непривычно взаимодействие солнечного ветра с магнитным полем. Известно, что заряженные частицы обычно движутся в магнитном поле Н по окружности или по винтовым линиям. Это верно, однако, только когда магнитное поле достаточно сильное. Точнее говоря, для движения заряженных частиц по окружности нужно, чтобы плотность энергии магнитного поля H 2 /8π была больше, чем плотность кинетической энергии движущейся плазмы ρv 2 /2. В солнечном ветре ситуация обратная: магнитное поле слабое. Поэтому заряженные частицы движутся по прямым, а магнитное поле при этом не постоянно, оно перемещается вместе с потоком частиц, как бы уносится этим потоком на периферию Солнечной системы. Направление магнитного поля во всем межпланетном пространстве остается таким, каким оно было на поверхности Солнца в момент выхода плазмы солнечного ветра.

Магнитное поле при обходе вдоль экватора Солнца, как правило, меняет свое направление 4 раза. Солнце вращается: точки на экваторе совершают оборот за Т = 27 суток. Поэтому межпланетное магнитное поле направлено по спиралям (см. рис.), а вся картина этого рисунка вращается вслед за вращением солнечной поверхности. Угол поворота Солнца меняется, как φ = 2π/Т. Расстояние от Солнца увеличивается со скоростью солнечного ветра: г = vt. Отсюда уравнение спиралей на рис. имеет вид: φ = 2πr/vT. На расстоянии земной орбиты (r = 1,5 10 11 м) угол наклона магнитного поля к радиусу-вектору составляет, как легко проверить, 50°. В среднем такой угол и измеряется космическими кораблями, но не совсем близко от Земли. Вблизи же планет магнитное поле устроено иначе (см. Магнитосфера).

Постоянный радиальный поток плазмы солн. короны в межпланетное пр-во. Поток энергии, идущий из недр Солнца, нагревает плазму короны до 1,5- 2 млн. К. Пост. нагрев не уравновешивается потерей энергии за счёт излучения, т. к. плотность короны мала. Избыточную энергию в значит. степени уносят ч-цы С. в. (=1027-1029 эрг/с). Корона, т. о., не находится в гидростатич. равновесии, она непрерывно расширяется. По составу С. в. не отличается от плазмы короны (С. в. содержит гл. обр. протоны, эл-ны, немного ядер гелия, ионов кислорода, кремния, серы, железа). У основания короны (в 10 тыс. км от фотосферы Солнца) ч-цы имеют радиальную скорость порядка сотен м/с, на расстоянии неск. солн. радиусов она достигает скорости звука в плазме (100 -150 км/с), у орбиты Земли скорость протонов составляет 300-750 км/с, а их пространств. концентрация - от неск. ч-ц до неск. десятков ч-ц в 1 см3. При помощи межпланетных косм. станций установлено, что вплоть до орбиты Сатурна плотность потока ч-ц С. в. убывает по закону (r0/r)2, где r - расстояние от Солнца, r0 - исходный уровень. С. в. уносит с собой петли силовых линий солн. магн. поля, к-рые образуют межпланетное магн. поле. Сочетание радиального движения ч-ц С. в. с вращением Солнца придаёт этим линиям форму спиралей. Крупномасштабная структура магн. поля в окрестностях Солнца имеет вид секторов, в к-рых поле направлено от Солнца или к нему. Размер полости, занятой С. в., точно не известен (радиус её, по-видимому, не меньше 100 а. е.). У границ этой полости динамич. давление С. в. должно уравновешиваться давлением межзвёздного газа, галактич. магн. поля и галактич. косм. лучей. В окрестностях Земли столкновение потока ч-ц С. в. с геомагн. полем порождает стационарную ударную волну перед земной магнитосферой (со стороны Солнца, рис.).

Вз-ствие солнечного ветра с магнитосферой Земли: 1 - силовые линии магн. поля Солнца; 2 - ударная волна; 3 - магнитосфера Земли; 4 - граница магнитосферы; 5 - орбита Земли; 6 - траектория ч-цы солнечного ветра. С. в. как бы обтекает магнитосферу, ограничивая её протяжённость в пр-ве. Изменения интенсивности С. в., связанные со вспышками на Солнце, явл. осн. причиной возмущений геомагн. поля и магнитосферы (магн. бурь). За год Солнце теряет с С. в. =2X10-14 часть своей массы Mсолн. Естественно считать, что истечение в-ва, подобное С. в., существует и у др. звёзд (). Он должен быть особенно интенсивным у массивных звёзд (с массой = неск. дес. Mсолн) и с высокой темп-рой поверхности (= 30-50 тыс. К) и у звёзд с протяжённой атмосферой (красных гигантов), т. к. в первом случае ч-цы сильно развитой звёздной короны обладают достаточно высокой энергией, чтобы преодолеть притяжение звезды, а во втором - низка параболич. скорость (скорость ускользания; (см. КОСМИЧЕСКИЕ СКОРОСТИ)). Значит. потери массы со звёздным ветром (= 10-6 Мсолн/год и больше) могут существенно влиять на эволюцию звёзд. В свою очередь звёздный ветер создаёт в межзвёздной среде горячего газа - источники рентг. излучения.

Непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся приблизительно радиально от Солнца и заполняющий Солнечнуюсистему до гелиоцентрич. расстояний R ~ 100 а. е. С. в. образуется пригазодинамич. расширении солнечной короны (см. Солнце )в межпланетноепространство. При высоких темп-pax, к-рые существуют в солнечной короне(1,5*10 9 К), давление вышележащих слоев не может уравновесить газовое давление веществакороны, и корона расширяется.

Первые свидетельства существования пост. потока плазмы от Солнца полученыЛ. Бирманом (L. Biermann) в 1950-х гг. по анализу сил, действующих на плазменныехвосты комет. В 1957 Ю. Паркер (Е. Parker), анализируя условия равновесиявещества короны, показал, что корона не может находиться в условиях гидростатич. в 1959. Существование пост. истечения плазмы из Солнцабыло доказано в результате многомесячных измерений на амер. космич. аппарате в 1962.

Ср. характеристики С. в. приведены в табл. 1. Потоки С. в. можно разделитьна два класса: медленные - со скоростью 300 км/с и быстрые - со скоростью 600-700 км/с. Быстрые потоки исходятиз областей солнечной короны, где структура магн. поля близка к радиальной. корональными дырами. М едленные потокиС. в. связаны, по-видимому, с областями короны, в к-рых имеется значит, Табл. 1.- Средние характеристики солнечного ветра на орбите Земли

Скорость
Концентрация протонов
Температура протонов
Температура электронов
Напряжённость магнитного поля
Плотность потока питонов....	2,4*10 8 см -2 *c -1
Плотность потока кинетической энергии	0,3 эрг*см -2 *с -1

Табл. 2.- Относительный химический состав солнечного ветра

	Относительное содержание

	Относительное содержание

Помимо осн. составляющих С. в.- протонов и электронов, в его составетакже обнаружены -частицы, Измерения ионизац. темп-ры ионов С. в. позволяют определять электроннуютемп-ру солнечной короны.

В С. в. наблюдаются разл. типы волн: ленгмюровские, вистлеры, ионно-звуковые, Волны в плазме). Частьволн альвеновского типа генерируется на Солнце, часть - возбуждается вмежпланетной среде. Генерация волн сглаживает отклонения ф-ции распределениячастиц от максвелловской и в совокупности с воздействием магн. поля наплазму приводит к тому, что С. в. ведёт себя как сплошная среда. Волныальвеновского типа играют большую роль в ускорении малых составляющих С.

Рис. 1. Массовый спектр солнечного ветра. По горизонтальной оси -отношение массы частицы к её заряду, по вертикальной - число частиц, зарегистрированныхв энергетическом окне прибора за 10 с. Цифры со значком обозначаютзаряд иона.

Поток С. в. является сверхзвуковым по отношению к скоростям тех типовволн, к-рые обеспечивают эфф. передачу энергии в С. в. (альвеновские, звуковыеи магнитозвуковые волны). Альвеновское и звуковое Маха число С. в. 7. При обтекании С. в. препятствий, способных эффективно отклонять его(магн. поля Меркурия, Земли, Юпитера, Сатурна или проводящие ионосферыВенеры и, по-видимому, Марса), образуется отошедшая головная ударная волна. МагнитосфераЗемли, Магнитосферы планет). В случае взаимодействия С. в. с непроводящимтелом (напр., Луна) ударная волна не возникает. Поток плазмы поглощаетсяповерхностью, а за телом образуется полость, постепенно заполняемая плазмойС. в.

На стационарный процесс истечения плазмы короны накладываются нестационарныепроцессы, связанные со вспышками на Солнце. При сильных вспышкахпроисходит выброс вещества из ниж. областей короны в межпланетную среду. Магнитныевариации).

Рис. 2. Распространение межпланетной ударней волны и выброса от солнечнойвспышки. Стрелками показано направление движения плазмы солнечного ветра,

Рис. 3. Типы решений уравнения расширения короны. Скорость и расстояниенормированы на критическую скорость v к и критическое расстояниеR к. Решение 2 соответствует солнечному ветру.

Расширение солнечной короны описывается системой ур-ний сохранения массы, v к)на нек-ром критич. расстоянии R к и последующемурасширению со сверхзвуковой скоростью. Это решение даёт исчезающе малоезначение давления на бесконечности, что позволяет согласовать его с малымдавлением межзвёздной среды. Течение этого типа Ю. Паркер назвал С. в. , где m - масса протона, - показатель адиабаты, - масса Солнца. На рис. 4 показано изменение скорости расширения с гелиоцентрич.

Рис. 4. Профили скорости солнечного ветра для модели изотер> мическойкороны при различных значениях корональной температуры.

С. в. обеспечивает осн. отток тепловой энергии короны, т. к. теплопередачав хромосферу, эл.-магн. излучение короны и электронная теплопроводностьС. в. недостаточны для установления теплового баланса короны. Электроннаятеплопроводность обеспечивает медленное убывание темп-ры С. в. с расстоянием. светимости Солнца.

С. в. уносит с собой в межпланетную среду корональное магн. поле. Вмороженныев плазму силовые линии этого поля образуют межпланетное магн. поле (ММП). Хотя напряжённость ММП невелика и плотность его энергии составляет ок.1% от плотности кинетич. энергии С. в., оно играет большую роль в термодинамикеС. в. и в динамике взаимодействий С. в. с телами Солнечной системы, а такжепотоков С. в. между собой. Комбинация расширения С. в. с вращением Солнцаприводит к тому, что магн. силовые линии, вмороженные в С. в., имеют форму, B R иазимутальная компоненты магн. поля по-разному изменяются с расстоянием вблизи плоскостиэклиптики:

где - угл. скорость вращения Солнца, и - радиальная компонента скоростиС. в., индекс 0 соответствует исходному уровню. На расстоянии орбиты Землиугол между направлением магн. поля и R порядка 45°. При больших Л магн.

Рис. 5. Форма силовой линии межпланетного магнитного поля. - угловая скорость вращения Солнца, и - радиальная компонента скоростиплазмы, R - гелиоцентрическое расстояние.

С. в., возникающий над областями Солнца с разл. ориентацией магн. поля, скорость, темп-pa, концентрация частиц и др.) также в ср. закономерноизменяются в сечении каждого сектора, что связано с существованием внутрисектора быстрого потока С. в. Границы секторов обычно располагаются внутримедленного потока С. в. Чаще всего наблюдаются 2 или 4 сектора, вращающихсявместе с Солнцем. Эта структура, образующаяся при вытягивании С. в. крупномасштабногомагн. поля короны, может наблюдаться в течение неск. оборотов Солнца. Секторнаяструктура ММП - следствие существования токового слоя (ТС) в межпланетнойсреде, к-рый вращается вместе с Солнцем. ТС создаёт скачок магн. поля -радиальные компоненты ММП имеют разные знаки по разные стороны ТС. ЭтотТС, предсказанный X. Альвеном (Н. Alfven), проходит через те участки солнечнойкороны, к-рые связаны с активными областями на Солнце, и разделяет указанныеобласти с разл. знаками радиальной компоненты солнечного магн. поля. ТС располагается приблизительно в плоскости солнечного экватора и имеет складчатуюструктуру. Вращение Солнца приводит к закручиванию складок ТС в спирали(рис. 6). Находясь вблизи плоскости эклиптики, наблюдатель оказываетсято выше, то ниже ТС, благодаря чему попадает в секторы с разными знакамирадиальной компоненты ММП.

Вблизи Солнца в С. в. существуют долготные и широтные градиенты скорости, бесстолкновителъныхударных волн (рис. 7). Сначала образуется ударная волна, распространяющаясявперёд от границы секторов (прямая ударная волна), а затем образуется обратнаяударная волна, распространяющаяся к Солнцу.

Рис. 6. Форма гелио-сферного токового слоя. Пересечение его с плоскостьюэклиптики (наклонённой к экватору Солнца под углом ~ 7°) даёт наблюдаемую секторную структуру межпланетного магнитного поля.

Рис. 7. Структура сектора межпланетного магнитного поля. Короткиестрелки показывают направление течения плазмы солнечного ветра, линии сострелками - силовые линии магнитного поля, штрихпунктир - границы сектора(пересечение плоскости рисунка с токовым слоем).

Т. к. скорость ударной волны меньше скорости С. в., плазма увлекаетобратную ударную волну в направлении от Солнца. Ударные волны вблизи границсекторов образуются на расстояниях ~1 а. е. и прослеживаются до расстоянийв неск. а. е. Эти ударные волны, так же как и межпланетные ударные волныот вспышек на Солнце и околопланетные ударные волны, ускоряют частицы иявляются, т. о., источником энергичных частиц.

С. в. простирается до расстояний ~100 а. е., где давление межзвёзднойсреды уравновешивает динамич. давление С. в. Полость, заметаемая С. в. Межпланетная среда). РасширяющийсяС. в. вместе с вмороженным в него магн. полем препятствует проникновениюв Солнечную систему галактич. космич. лучей малых энергий и приводит квариациям космич. лучей больших энергий. Явление, аналогичное С. в., обнаруженои у нек-рых др. звёзд (см. Звёздный ветер).