Поток ионизированных частиц солнца

Солнечная радиация или ионизирующее излучение солнца

Солнце – источник света и тепла, в котором нуждается все живое на Земле. Но помимо фотонов света, оно излучает жесткую ионизирующую радиацию, состоящую из ядер и протонов гелия. Почему так происходит?

Причины возникновения солнечного излучения

Солнечная радиация образуется в дневные часы во время хромосферных вспышек – гигантских взрывов, происходящих в атмосфере Солнца. Часть солнечного вещества выбрасывается в космическое пространство, образуя космические лучи, главным образом состоящие из протонов и небольшого количеств ядер гелия. Эти заряженные частицы спустя 15-20 минут после того, как солнечная вспышка становится видимой, достигают поверхности земли.

Воздух отсекает первичное космическое излучение, порождая каскадный ядерный ливень, который затухает с понижением высоты. При этом рождаются новые частицы – пионы, которые распадаются и превращаются в мюоны. Они проникают в нижние слои атмосферы и попадают на землю, зарываясь вглубь до 1500 метров. Именно мюоны отвечают за образование вторичного космического излучения и естественной радиации, воздействующей на человека.

Спектр солнечного излучения

Спектр солнечного излучения включает как коротковолновые, так длинноволновые области:

• гамма-лучи;
• рентгеновское излучение;
• УФ-радиацию;
• видимый свет;
• инфракрасную радиацию.

Свыше 95% излучения Солнца приходится на область «оптического окна» – видимого участка спектра с прилегающими областями ультрафиолетовых и инфракрасных волн. По мере прохождения через слои атмосферы действие солнечных лучей ослабляется – вся ионизирующая радиация, рентгеновские лучи и почти 98% ультрафиолета задерживаются земной атмосферой. Практически без потерь до земли доходит видимый свет и инфракрасное излучение, хотя и они частично поглощаются молекулами газов и частицами пыли, находящимися в воздухе.

В связи с этим, солнечное излучение не приводит к заметному повышению радиоактивного излучения на поверхности Земли. Вклад Солнца вместе с космическими лучами в формирование общей годовой дозы облучения составляет всего 0,3 мЗв/год. Но это усредненное значение, на самом деле уровень падающего на землю излучения различен и зависит от географического положения местности.

Где солнечное ионизирующее облучение сильнее?

Наибольшая мощность космических лучей фиксируется на полюсах, а меньше всего – на экваторе. Связано это с тем, что магнитное поле Земли отклоняет к полюсам заряженные частицы, падающие из космоса. Кроме этого, излучение усиливается с высотой – на высоте 10 километров над уровнем моря его показатель возрастает в 20-25 раз. Активному воздействию более высоких доз солнечной радиации подвергаются жители высокогорий, поскольку атмосфера в горах тоньше и легче простреливается идущими от солнца потоками гамма-квантов и элементарных частиц.

Важно. Серьезного воздействия радиационный уровень до 0,3 мЗв/ч не оказывает, но при дозе 1,2 мкЗ/ч рекомендуется покинуть район, а случае крайней необходимости находится на его территории не более полугода. При превышении показаний вдвое следует ограничить пребывание в этой местности до трех месяцев.

Если над уровнем моря годовая доза космического облучения составляет 0,3 мЗв/год, то при повышении высоты через каждые сто метров этот показатель увеличивается на 0,03 мЗв/год. После проведения небольших расчетов можно сделать вывод, что недельный отпуск в горах на высоте 2000 метров даст облучение 1мЗв/год и обеспечит почти половину общей годовой нормы (2,4 мЗв/год).

Получается, что жители гор получают годовую дозу радиации, в разы превышающую норму, и должны чаще болеть лейкозом и раком, чем люди, живущие на равнинах. На самом деле, это не так. Наоборот, в горных районах фиксируется более низкая смертность от этих заболеваний, а часть населения – долгожители. Это подтверждает тот факт, что длительное нахождение в местах высокой радиационной активности не оказывает негативного влияния на организм человека.

Солнечные вспышки – высокая радиационная опасность

Вспышки на Солнце – большая опасность для человека и всего живого на Земле, поскольку плотность потока солнечного излучения может превышать обычный уровень космического излучения в тысячу раз. Так, выдающийся советский ученый А. Л. Чижевский связал периоды образования солнечных пятен с эпидемиями тифа (1883-1917 г) и холеры (1823-1923 г) в России. На основании сделанных графиков он еще в 1930 году предсказал возникновение обширной пандемии холеры в 1960-1962 годах, которая и началась в Индонезии в 1961 году, затем быстро распространилась на другие страны Азии, Африки и Европы.

Сегодня получено множество данных, свидетельствующих о связи одиннадцатилетних циклов солнечной активности со вспышками заболеваний, а также с массовыми миграциями и сезонами бурного размножения насекомых, млекопитающих и вирусов. Гематологи установили увеличение количество инфарктов и инсультов в периоды максимальной солнечной активности. Такая статистика связана с тем, что в это время у людей повышается свертываемость крови, а так как у больных с заболеваниями сердца компенсаторная деятельность угнетена, возникают сбои в его работе вплоть до некрозов сердечной ткани и кровоизлияний в мозг.

Большие солнечные вспышки происходят не так часто – раз в 4 года. В это время увеличивается количество и размер пятен, в солнечной короне образуются мощные коронарные лучи, состоящие из протонов и небольшого количества альфа-частиц. Самый мощный их поток астрологи зарегистрировали в 1956 году, когда плотность космического излучения на поверхности земли увеличилась в 4 раза. Еще одним последствием подобной солнечной активности стало полярное сияние, зафиксированное в Москве и Подмосковье в 2000 году.

Как себя обезопасить?

Конечно, повышенный радиационный фон в горах – не повод отказываться от поездок в горы. Правда, стоит подумать о мерах безопасности и отправиться в путешествие вместе с портативным радиометром, который поможет контролировать уровень радиации и при необходимости ограничить время пребывания в опасных районах. В местности, где показании счетчика показывают величину ионизирующего облучения в 7 мкЗв/ч, не стоит находиться больше одного месяца.

Источник

Солнечный ветер

Солнечный ветер

Под этим понятием подразумевается поток ионизированных частиц, которые выбрасываются в различных направлениях Солнцем со скоростью примерно 400 км/сек. При этом источником солнечного ветра является солнечная корона, температура которой настолько высока, что гравитационная сила не в состоянии удержать ее вещество рядом с поверхностью. Ввиду этого часть вещества прямым потоком уходит в межпланетное пространство.

Несмотря на то, что общие причины возникновения солнечного ветра нам ясны, многих деталей этого процесса мы пока не понимаем.

Вариации солнечного ветра

Солнечный ветер не является однородным. Скорость солнечного ветра по отношению к корональным дырам является высокой – 800 км/с, но достаточно низкой в сравнении с стримерами – 300 км/с. Взаимодействуя друг с другом и по мере вращения Солнца попеременно пересекаясь Землей, эти потоки быстрого и медленного солнечного ветра взаимодействуют друг с другом, что негативно сказывается на магнитном поле нашей планеты и ведет к возникновению магнитных бурь.

Большую часть научной информации о солнечном ветре мы получаем при помощи космических аппаратов.

Благодаря своей орбите спутник поочередно прошел над солнечными северным и южным полюсами. Измерив скорость плазмы, вытекающей из Солнца, определив ее химический состав и величину магнитного поля, он в корне изменил представления человечества о солнечном верте.

Спутник Advanced Composition Explorer (ACE)

Запущен в августе 1997 г. на орбиту, размещенную в непосредственной близи от точки Лагранжа L1 между Солнцем и Землей. Точка является одной из нескольких, где наблюдается равновесие гравитационного притяжения Земли и Солнца. Борт спутника оснащен несколькими инструментами, которые в круглосуточном режиме осуществляют мониторинг солнечного ветра. О параметрах солнечного ветра в данной точке в режиме online сообщает команда АСЕ.

Источник

Солнечный ветер: что это такое, история изучения, виды, фото, видео

Что такое солнечный ветер?

Каждое мгновение Солнце излучает в космос поток ионизированных частиц испускаемый внешним слоем (солнечной короной) на огромной скорости, достигающей 1200 км/с. Данное явление носит название «солнечный ветер». Его бесконечные «вихри» окружают Землю, пронизывают пространство Солнечной системы, и даже выходят далеко за её пределы. Испускать его могут все звёзды, и в таком случае называется он звёздным ветром. Поток частиц Солнца также можно назвать звёздным ветром Солнца и ошибки в этом не будет.

Солнечный ветер

История возникновения понятия

Научное представление человека об окружающем мире постоянно претерпевает изменения. Процесс отрицания предшествующих догм и понятий даёт возможность по-новому взглянуть на существующую действительность.

Длительное время наука считала статичной корону любой звезды. То есть, сила притяжения как бы уравновешивала силу давления ядерных и термоядерных взрывов, и не давала отпускать от себя в окружающее пространство потоки раскалённой материи.

Английский геофизик и астроном Сидни Чепмен в своём время создал и развил теорию устойчивости солнечной атмосферы. Его гипотеза разделила астрофизическое сообщество. Всё так и продолжалось бы до нашего времени. Однако нашёлся человек решительно и бесповоротно опровергший взгляды знаменитого учёного.

Солнечная корона

Имя его – Юджин Ньюмен Паркер. Американский астрофизик нанёс сокрушающий удар по концепции своего английского коллеги. Своими пионерскими разработками он смог доказать необратимость истечения материи из короны. Более того, выяснился очень любопытный факт: по мере удаления от Солнца скорость солнечного ветра значительно возрастает, достигая сверхзвуковых величин, затем снижается и становится стабильной. Кстати, границы его распространения до сих пор не определены и ждут своих первооткрывателей.

Замеры, проводимые на первых межпланетных космических аппаратах, подтвердили правильность выводов Ю. Паркера. Немногим позже, астрономы обнаружили аналогичные звёздные ветра на просторах ряда Галактик.

Как появляется солнечный ветер?

Причиной появления потока, состоящего из смеси положительно и отрицательно заряженных частиц, является постоянно образующаяся внутри Солнца плазма. Возникает она в результате бесконечно протекающих реакций термоядерного синтеза, нагревающих центр звезды до нескольких десятков миллионов градусов по Цельсию. Разогретый таким образом ионизированный газ, стремительно вырывается из условно «ограниченного объёма», разлетаясь далеко за пределы нашей звёздной системы.

Появление солнечного ветра

В сентябре 2016 года американским учёным с помощью обсерваторий NASA STEREO впервые удалось засечь процесс возникновения солнечного ветра. Согласно их заявлению, происходящее идентично выбросу воды: сначала поток идёт одной струёй, затем распадается на отдельные частички, которые становятся всё меньше и меньше, пока не образуется газообразное «облако».

NASA STEREO

Изучение явления

За семь лет до Ю. Паркера западногерманский астроном Людвиг Бирман, изучая структуру хвостов комет, предположил существование корпускулярного излучения Солнца, называемого сейчас солнечным ветром. Поток заряженных частиц, прорываясь сквозь корональные дыры (районы на поверхности нашей звезды не закрытые магнитным полем), устремляется в открытое космическое пространство.

Впервые измерение технических параметров солнечного ветра было произведено на советской межпланетной автоматической станции «Луна-2» в 1959 году.

Автоматическая межпланетная станция “Луна-2”

Через три года американский спутник «Маринер-2» выполнил многомесячные исследования уникального космического явления. В дальнейшем изучения были продолжены международной станцией SOHO и целым рядом программ национального управления – НАСА, США. Научная деятельность по изучению солнечного ветра расширила свои горизонты от поверхности Солнца до самого края звёздной системы.

Скорость солнечного ветра

Большой научно-практический интерес представляет измерение, а также изучение закономерностей движения потока водородной плазмы, составляющий основу солнечного ветра.
Первоначально ионизированные частицы гелия, водорода, железа, кремния, серы и ряда других химических элементов движутся, со скоростью 300-450 км/сек.

В дальнейшем скорость солнечного ветра потока нарастает, достигая 400 – 800 км/сек около Земли (именно здесь заканчивается его ускорение). 1 500 000 км/час (420 км/сек) в районе Марса. На расстоянии до 10 млрд. км от источника излучения скорость движения солнечных заряженных частиц примерно составляет – 1 000 000 км/час (280 км/сек). Далее, под воздействием межзвёздной среды, она ослабевает.

Динамика движения солнечного ветра находится под воздействием двух факторов: силы притяжения светила и силы давления внутри потока. Расчёты, подкреплённые практическими исследованиями (полёты американских «Вояджер – 1, – 2» и «Пионер – 10, – 11») показали постоянство скорости истечения разноимённо заряженных частиц уже за пределами орбиты нашей планеты.

Виды солнечного ветра

Характер ионизированного потока Солнца упорядочен и подразделяется на два вида:

• спокойный (медленный или быстрый);
• возмущённый.

Спокойный – медленный

Медленный солнечный ветер возникает в недрах экватора нашего светила, в периоды температурного расширения ионизированных газов. Динамический процесс разгоняет корональную плазму до сверхзвуковых скоростей, примерно равных 400 км/сек. По своему строению, медленный поток плотнее и шире, чем быстрый.

Спокойный – Быстрый

Местом рождения быстрого солнечного ветра служат корональные дыры. Потоки данного ветра могут истекать месяцами, «атакуя» Землю с периодичностью вращения Солнца продолжительностью в 27 суток.

Возмущённый

Причиной возникновения возмущённых потоков является: проявление самого коронального выброса, а также появление в межпланетном пространстве мест сжатия перед наступающими корональными выбросами массы или быстрым солнечным ветром.

Межпланетная ударная волна

Появлению космической ударной волны предшествует: «Нападение» быстрого солнечного ветра на «медленного брата», Столкновение заряженного потока корональных частиц с магнитосферой Земли, взрыв сверхновой звезды, столкновение галактик.

Ударная волна – это область столкновения быстро движущейся среды (газа) с каким-либо препятствием (к примеру: солнечного ветра с магнитосферой Земли), порождающая при этом «фронт» резкого изменения физических параметров набегающего потока (давления, плотности, температуры, уровня заряда частиц и ряда других показателей).

Распространение солнечного ветра в космосе

Удаляясь всё дальше от своего «прародителя» – Солнца, ветер ослабевает и проходит несколько пограничных областей. Первая из них удалена от светила на расстояние 95 а.е. (а.е. – астрономическая единица, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца и составляющая 149 598 100 ± 750 км). Так называемая – «граница ударной волны». Именно на ней происходит торможение солнечного ветра со сверхзвуковых скоростей.

Распространение солнечного ветра в космосе

Пролетев ещё 40 а.е., поток ионизированных частиц под воздействием межзвёздного вещества полностью тормозится. Определяемая астрофизическими процессами граница торможения носит название гелиопаузы. Пространственная область, ограниченная гелиопаузой получила название – гелиосфера. Размеры её неодинаковы:

• 73 а.е. с южной стороны;
• 85 а.е. с северной стороны.

Астрофизические данные были получены благодаря запуску 2-х американских космических аппаратов серии «Вояджер», предназначенных для исследования границ Солнечной системы. Совсем недавно «Вояджер-2» подтвердил данные «Вояджер-1».

Солнечный ветер и Земля

Постоянно изменяющиеся потоки солнечного ветра запросто могли бы уничтожить всё живое на поверхности Земли. Для защиты от столь «грозного оружия» имеется «надёжный щит» в виде магнитосферы. Паритет данного противостояния довольно изменчив и часто вызывает геомагнитные бури. Не удивительно, что в 1990 году приобрёл актуальность термин – «космическая погода», в основном отражающий текущее состояние магнитного поля Земли.

Создателем науки гелиобиологии, изучающей воздействие нашего светила на жизненные функции земных организмов, стал советский учёный А. Л. Чижевский. Благодаря ему и целому ряду других исследователей удалось выяснить закономерности воздействия перепадов солнечной активности на организм человека, повышение и понижение урожайности культурных растений, размножение и сокращение популяций птиц, рыб, животных.

Обнаружена и изучена цикличность периодов воздействия Солнца на Земле. Регулярные сообщения об уровне активности геомагнитного фона стали обычным явлением. Люди, страдающие хроническими заболеваниями, имеют необходимую информацию для своевременного принятия нужных лекарств. Современное растениеводство и животноводство также «вооружено» знаниями, чтобы вести свою деятельность наиболее оптимально.
Интересный факт: По наблюдениям Н. С. Щербинского, периодичность прихода саранчи на поля совпадает с 11-и летним ритмом Солнца.

Наука идёт вперёд и зовёт за собой молодых. Сегодня каждый из них может получить специальность гелиобиолога, закончив профильное высшее учебное заведение.

Вызываемые солнечным ветром природные явления

Солнечный ветер, пролетая вокруг Земли, вызывает массу природных явлений. Среди них: магнитные бури, полярные сияния, радиационные пояса планеты. Не так давно выяснилась закономерность увеличения количества молний от роста потока ионизированных частиц нашей звезды.

Северное сияние

Есть целый ряд геофизических явлений, порождаемых солнечным ветром. В ряде местностей возрастет выход газообразного радона из земной поверхности, что может привести к повышению радиоактивности в атмосфере. Имеется зависимость между солнечной активностью и ростом числа землетрясений. Магнитная буря значительно изменяет напряжённость электрического поля на поверхности Земли и приводит к скачкам атмосферного давления.

Опасность солнечного ветра

Мощные выбросы с поверхности светила нарушают радиосвязь, создают помехи в работе компьютеров, вызывают сбои в инженерных сетях, порождают «вредное» протекание электрического тока в металлоконструкциях и приборах.

Угрозы атак солнечного ветра, приводящих к множеству проблем, создали потребность в тщательном наблюдении и прогнозировании магнитных бурь на нашей планете. Метеослужбы всего мира оснащены необходимым оборудованием, и постоянно сигнализируют о колебаниях магнитного фона Земли. Отработана технология выявления будущих очагов сейсмической активности и предупреждения населения о предстоящей опасности.

Перспективы использования солнечного ветра

В свете всех существующих особенностей такого уникального космического явления, как солнечный ветер, становится очень интересно найти ему практическое применение.
Первопроходцем создания так называемого «электрического паруса», «солнечного паруса» (космический аппарат, двигающийся за счёт энергии заряженных частиц солнечного ветра) стал финский учёный – Пекка Янхунен.

Весной 2013 года эстонский спутник ESTCube-1, оснащённый этим устройством был выведен на орбиту. К сожалению, попытка была неудачной, так как парус не смог раскрыться.

Есть и другие заманчивые проекты: использование потоков коронального вещества для передачи информации, или создания на орбитах планет «ионостанций» для выработки электрической энергии.

Будущее нашего Солнца

Научный анализ даёт прогноз на 5 млрд. лет существования нашего светила. Теряя ежесекундно до 600 млн. тонн водорода, оно обречено стать сначала красным гигантом, а потом – белым карликом. Попутно исчерпав все свои энергетические запасы в виде водорода и гелия. Самое неприятное, что беспрерывно расширяясь, Солнце расплавит Меркурий, Венеру, возможно и Землю. Во всяком случае, жизнь на планете полностью исчезнет.

Значит, человечество обязано подумать о своём будущем и организовать переселение на другие миры за пределами нашей Солнечной системы. Это неизбежно. Великие умы: русский учёный Циолковский, британский астрофизик Стивен Хокинг, прямо говорили об этом. Луна, Марс, Церера, Плутон – список потенциальных колоний ширится. Итак: «Пусть дует солнечный ветер в паруса космических кораблей землян, штурмующих просторы Вселенной!»

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник