Скорость солнечного ветра вблизи солнца

По часовой стрелке:

Номер активной области
Магнитная конфигурация в порядке усложнения структуры магнитного поля.
Динамика увеличения площади активной области за последние 24 часа
Площадь активной группы в миллионных долях полусферы
Класс мощности солнечной вспышки за последние 48 часов

Прогноз границ аврорального овала

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.

СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР
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. -3

Источник

Скорость солнечного ветра вблизи солнца

Солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц (плазмы), излучаемых Солнцем. Скорость, плотность и температура потока постоянно меняются. Самые резкие колебания этих трех параметров происходят в моменты выхода солнечного ветера из коронального отверстия или при выбросе корональной массы. Поток, происходящий из коронального отверстия, можно рассматривать как устойчивый высокоскоростной поток солнечного ветра, где выброс корональной массы больше напоминает огромное быстро движущееся облако солнечной плазмы. Когда эти солнечные ветровые структуры достигают поверхности нашей планеты, они сталкиваются с магнитным полем Земли, где частицы солнечного ветра могут проникать в нашу атмосферу вокруг магнитного северного и южного полюсов.

Изображение: впечатляет солнечный ветер сталкивающийся с магнитосферой Земли. Это изображение не масштабируется.

Скорость солнечного ветра

Скорость солнечного ветра является важным фактором. Частицы с более высокой скоростью сильнее проникают в магнитосферу Земли и имеют более высокую вероятность вызвать нарушения геомагнитных условий при сжатии магнитосферы. Скорость солнечного ветра на Земле обычно составляет около 300 км/с, но увеличивается, когда прибывает высокоскоростной поток корональной дыры (CH HSS) или выброс корональной массы (CME). Во время воздействия выброса корональной массы скорость солнечного ветра может внезапно возрасти до 500 или даже более 1000 км/с. Для нижних и средних широт требуется приличная скорость и желательны значения выше 700 км/сек. Однако, это не золотое правило, так как сильный геомагнитный шторм может возникать и на более низких скоростях если значения межпланетного магнитного поля благоприятны для улучшения геомагнитных условий. На графиках вы можете видеть, когда наступил импульс выброса корональной массы: скорость солнечного ветра резко возрастает на несколько сотен км/сек. Затем проходит период прохождения ударной волны через Землю, 15-45 минут (в зависимости от скорости солнечного ветра при ударе) и магнитометры начнут реагировать.

Изображение: Прохождение выброса корональной массы в 2013 году, разница в скорости очевидна.

Плотность солнечного ветра

Этот параметр учитывает, количество частиц на единицу объема солнечного ветра. Чем больше частиц в солнечном ветре, тем выше вероятность возникновения северного сияния, поскольку больше частиц сталкивается с магнитосферой Земли. Единицы измерения используемые на графиках — количество частиц на кубический сантиметр или p/см³. Значения более 20 p/cm³ являются признаком начала сильной геомагнитной бури, но не являются гарантией того, что мы обязательно должны наблюдать какое либо полярное сияние, так как скорость солнечного ветра и параметры межпланетного магнитного поля также должны быть благоприятными.

Измерение параметров солнечного ветра

Данные солнечного ветра в реальном времени и данные о межпланетном магнитном поле, которые вы можете найти на этом веб-сайте, получены спутником космической климатической обсерваторией DSCOVR, которая находится на орбите вокруг точки Солнца-Земли 1 Лагранжа. В этой точке между Солнцем и Землей, гравитационное воздействие на спутники со стороны Солнца и Земли равно по величине. Это означает, что они могут оставаться на стабильной орбите находясь в этой точке. Она идеально подходит для солнечных проектов, таких как DSCOVR, поскольку это дает возможность измерять параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля до того, как он достигнет Земли. Это дает нам время от 15 до 60 минут (в зависимости от скорости солнечного ветра) относительно того, какие структуры солнечного ветра находятся на пути к Земле.

Изображение: местоположение спутника в точке L1 Солнца-Земли.

Данные солнечного ветра в реальном времени и межпланетном магнитном поле, которые мы можем найти на этом веб-сайте, поступают со спутниковой космической климатической обсерватории DSCOVR расположенной на орбите вблизи точки Земли Лагранжа Солнца 1. В этой точке между Солнцем и Землей, гравитационное воздействие на спутники со стороны Солнца и Земли равно по величине. Это означает, что они могут оставаться на стабильной орбите находясь в этой точке. Она идеально подходит для солнечных проектов, таких как DSCOVR, поскольку это дает возможность измерять параметры солнечного ветра и межпланетного магнитного поля до того, как он достигнет Земли. Это дает нам время от 15 до 60 минут (в зависимости от скорости солнечного ветра) относительно того, какие структуры солнечного ветра находятся на пути к Земле.

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