Что такое солнечный ветер и как он возникает?

Солнечный ветер — некий поток частиц, испускаемый внешним слоем Солнца (солнечной короной) на огромной скорости, достигающей 1200 км/с. Испускать его могут все звёзды, и в таком случае называется он звёздным ветром. К слову, поток частиц Солнца также можно назвать звёздным ветром Солнца и ошибки в этом не будет.

Свечение земной атмосферы

Общая информация

Скорость солнечного ветра хоть и очень высока, но намного уступает скорости света (в сотни раз), поэтому не стоит путать эти два понятия. Нашей планеты поток достигает дня за 2-3. Состав звёздного ветра Солнца не блещет особым разнообразием: протоны, электроны, ядра гелия, ну и немного иных частиц. А вот масса испускаемых частиц и правда удивительна — порядка миллиона тонн в секунду! Не укладывается в голове, насколько же огромным должно быть Солнце, чтобы испускать миллиарды лет такой поток и по-прежнему светить нам на небосклоне.

Вообще говоря, солнечный ветер довольно изменчив. Благодаря процессам, происходящим внутри звезды, он может обладать различной интенсивность и скоростью. Так, бывает он спокойным и возмущённым.

Спокойные потоки

солнечного ветра можно разделить на два типа: медленные и быстрые.

  • Медленные
    обладают скоростью около 300-500 км/с. Они образуются в спокойных частях короны Солнца.
  • Быстрые потоки
    имеют скорость от 500 до 800 км/с. Образуются они во многом благодаря существованию корональных дыр на Солнце — участков в солнечной короне, где плотность и температура заметно ниже, нежели на иных участках короны.

Суммарно на долю спокойных потоков приходится 53% времени излучения Солнца.

Возмущённые потоки.

Наиболее частой причиной возмущённых потоков является выброс частиц из солнечной короны (так называемый корональный выброс масс). Интересен тем, что огромные массы плазмы (протоны, электроны и некоторые тяжёлые элементы, вроде гелия и кислорода) испускаются из короны с огромной скоростью, так как вся энергия выброса тратится на ускорение этих частиц. Также потоки такого рода возникают перед быстрыми потоками из корональных дыр. Относят сюда и область сжатия перед быстрыми корональными выбросами.

Солнечный зонд НАСА обнаружил явления рядом с Солнцем, которые ученые не могут объяснить

Ученые заявили, что обнаружили необъяснимые волны и сильные солнечные ветры, а значит мы «упускаем что-то действительно фундаментальное в наших стандартных моделях Солнца».

Самый быстрый объект, когда-либо созданный людьми, обнаружил интенсивные энергетические волны, идущие от нашего Солнца, а также скорость солнечного ветра намного выше, чем предсказывала любая модель. Ни одно из открытий не ожидалось и не может быть легко объяснено.

Солнечный зонд «Паркер» НАСА, запущенный в 2020 году, приблизился к Солнцу ближе, чем любая предыдущая миссия, в апреле 2019 года. Ученые раскрыли невероятные результаты этих первых встреч, в серии из четырех работ опубликованных в Nature в среду.

Хотя Солнце является центром солнечной системы, и его излучение питает жизнь на Земле, оно является одним из самых неизученных объектов в космосе.

«Это очень захватывающе, — сказал Джастин Каспер, ведущий автор одного из исследований и профессор космических наук в Университете Мичигана. «Это исследование — прорыв».

Зонд «Паркер» обнаружил новые явления в пределах четверти астрономической единицы (AU), расстояния между Землей и Солнцем. На этом расстоянии зонд передал, что солнечный ветер, представляющий собой поток заряженных частиц, испускаемых Солнцем, вращался вокруг звезды со скоростями, намного превышающими те, которые предсказывали теоретические модели.

«К нашему большому удивлению, — сказал Каспер, — солнечный ветер вращался со скоростью 35–50 километров в секунду вокруг Солнца. Это примерно в 15-25 раз быстрее, чем предсказывают стандартные солнечные модели, поэтому мы упускаем нечто действительно фундаментальное при моделировании Солнца — как оно вращается и как движется ветер — и это действительно интересно».

«Паркер» также обнаружил серию необычайно интенсивных «альфвеновских волн» в солнечном ветре. В межпланетных миссиях уже давно наблюдаются менее энергичные альфвеновские волны, которые представляют собой рябь, которая течет через намагниченную плазму от Солнца. Но «Паркер» впервые, обнаружил «гигантские волны» возле нашей звезды.

Эти пики настолько сильны, что они искажают и скручивают магнитное поле, проходя через него. «Это дает вам представление о том, сколько энергии содержится в этих волнах, по сравнению с обычными альфвеновскими волнами, которые мы видели раньше», — сказал Каспер.

Хотя механизм, лежащий в основе этих волн, до сих пор неизвестен, их сила может помочь объяснить две наиболее постоянные загадки о Солнце: почему солнечная корона или атмосфера Солнца примерно в 1000 раз горячее его поверхности? И почему солнечный ветер внезапно ускоряется до сверхзвуковых скоростей на определенном расстоянии от Солнца?

Ученые подозревают, что загадочный процесс объясняется сбросом тепла и энергии в солнечную корону. Недавно обнаруженные волны могут быть частью этой динамики.

Новые данные зонда приведут к созданию более совершенных моделей солнечных бурь, которые могут повлиять на Землю, а также эволюции звезд по всей Вселенной.

Плюс, миссия только начинается.

Влияние солнечного ветра

Солнечный ветер защищает Солнечную систему от попадания в неё межзвёздного газа. Получается так, потому что звёздный ветер создаёт границу гелиосферы, через которую не может пройти газ.

Космические лучи, что попадают в нашу звёздную систему из межгалактического пространства, весьма сильно ослабляются под действием магнитного поля солнечного ветра.

Звёздный ветер Солнца оказывает сильное влияние и на нашу планету (как и на другие планеты системы, обладающие магнитным полем). Этот ветер является причиной возникновения полярного сияния, радиационных поясов планет и магнитосферы.

А возмущённые потоки ветра также способствуют проявлению геомагнитной активности (например, возникновению магнитных бурь).

Солнечный ветер

Солнечная система > Солнце > Солнечный ветер

Солнечный ветер – движение ионизированных частиц от звезды: описание и характеристика с фото, скорость и энергия выброса, роль короны и влияние на Землю.

Солнечным ветром называют выброс ионизированных частиц Солнцем во всех направлениях. Такие частицы выбрасываются со скоростью 400 км за секунду. При этом солнечный ветер вырабатывается при помощи солнечной короны, так как она обладает крайне большой температурой, и гравитация просто не может удерживать ее вещество около поверхности. Таким образом, определенное количество этого вещества все время попадает в межпланетное пространство.

Солнечный ветер

И хотя, основные нюансы образования солнечного ветра в Солнечной системе нам уже известны, мы по сегодня не знаем множество деталей этого сложного процесса. К примеру, мы не можем точно сказать, в каком месте корональный газ развивает свою скорость до таких высоких показателей. Подразумевается, что это напрямую связано с короной Солнца.

Но при этом точно можно утверждать, что солнечный ветер имеет неоднородный характер, а его скорость является наивысшей, когда он пребывает над корональными дырами, и самой низкой над стримерами. Быстрые и медленные потоки контактируют между собой и поочередно пересекаются с Землей.

Активность солнечного ветра за последние 2 дня

Наибольшее количество данных о солнечном ветре нам предоставляют космические аппараты. В частности спутник Улисс можно отнести к таким устройствам. Ведь он благодаря своей орбите прошел над солнечным северным и южным полюсом. Данные, получение при помощи Улисс, крайне изменили наше мнение о солнечном ветре. Спутник предоставил нам измерения скорости плазмы, которая вытекает от Солнца, а также ее химический состав. Кроме этого Улисс измерил величину магнитного поля.

Спутник ACE или Advanced Composition Explorer является другим таким космическим аппаратом. Он был запущен еще в 1997 году на орбиту около точки Лагранжа L1. Ведь именно эта точка является одной из тех, где гравитация Земли и Солнца могут уравновесить друг друга. На борту данного спутника имеется несколько приспособлений, которые круглосуточно проводят мониторинг солнечного ветра. Таким образом, мы получаем данные о солнечном ветре в реальном времени, но только ограничиваясь территорией точки L1.

  • Наиболее интересные факты о Солнце;

Положение и движение Солнца

  • Солнце и Земля;
  • Солнце и Луна;
  • Угол наклона Солнца: Как и почему;
  • Орбита Солнца;
  • Где находится Солнце;
  • Солнечное созвездие;
  • Где встает Солнце;
  • Вращается ли Солнце;

Строение Солнца

  • Из чего состоит Солнце;
  • Фотосфера;
  • Хромосфера;
  • Корона Солнца;
  • Переходный слой;
  • Гелиосфера;

Особенности Солнца

  • Солнечный цикл;
  • Магнитное поле Солнца;
  • Солнечные пятна;
  • Факелы;
  • Протуберанцы;
  • Флоккулы и волокна;
  • Спикулы;
  • Корональные дыры;
  • Корональные петли;
  • Корональные стримеры;
  • Гранулы и супергранулы;
  • Солнечная радиация;
  • Солнечный ветер;

Общее

  • Эволюция Солнца;
  • Как образуется солнечная энергия;
  • Почему Солнце горячее;
  • Почему Солнце красное;

«Эти сообщения показывают, что попав в неисследованный регион солнечной системы, зонд «Паркер» уже совершил величайшее открытие, — написал в сопроводительной заметке в рубрике «Новости и мнения» в том же номере журнала Дэниел Вершарен (Daniel Verscharen), работающий исследователем в космической лаборатории Малларда при Лондонском университетском колледже. Сам Вершарен в новых исследованиях не участвует.

Поцеловать Солнце

«Паркер» отправился в космос в августе 2020 года, чтобы помочь ученым лучше понять механизмы работы и устройство Солнца. Стоимость программы составила полтора миллиарда долларов.

Больше всего ученые хотят разгадать две давние загадки. Как непрерывно летящий прочь от Солнца поток частиц под названием солнечный ветер разгоняется до колоссальных скоростей? И почему внешняя атмосфера Солнца корона имеет более высокую температуру, чем его поверхность? (Температура огненной короны Солнца может достигать 1,1 миллиона градусов Цельсия. А температура солнечной поверхности по сравнению с ней ничтожна — 6 000 градусов Цельсия.)

Столкновение галактик

«Паркер» ищет ответы на эти вопросы, беспардонно вторгаясь в пределы короны. Раз в пять месяцев или около того зонд пронзает испепеляющую атмосферу Солнца, делая беспрецедентные по своей близости снимки нашей звезды.

Во время таких сближений, которые называют прохождением перигелия, зонд будет находиться на расстоянии 24 миллиона километров от солнечной поверхности. До этого полета минимальное расстояние сближения исследовательских аппаратов с Солнцем составляло 42,73 миллиона километров. Этот подвиг в 1976 году совершил космический аппарат «Гелиос-2», отправленный в полет совместными усилиями США и бывшей Западной Германии.

«Гелиос-2» также поставил рекорд скорости относительно Солнца, которая достигла 246 960 километров в час. Затем этот рекорд побила межпланетная станция НАСА «Юнона», сделав это на подлете к газовому гиганту Юпитеру в июле 2020 года, когда ей удалось развить скорость 265 000 километров в час. Но «Паркер» на сегодня является неоспоримым рекордсменом. Во время первого прохождения перигелия 6 ноября 2020 года мощная солнечная гравитация ускорила аппарат до максимальной скорости 343 181 километр в час.

Условия в области короны экстремальные, и поэтому «Паркер» оснащен мощной защитной термоброней. Это щит из углепластика толщиной 11,4 сантиметра, защищающий зонд и четыре его научных прибора от сильнейшей жары и радиации.

К аппаратуре «Паркера» относится прибор для измерения электрического и магнитного полей и волн (Fields), прибор для исследования электронов, протонов и тяжелых ионов, которые разгоняются до огромных скоростей в атмосфере Солнца и за ее пределами (ISoIS), набор телескопов для наблюдения за короной и окружающей ее средой (WISPR), а также аппарат SWEAP, изучающий самые распространенные элементы солнечного ветра, такие как электроны, протоны и ионы гелия.

В новых журнальных статьях говорится о том, что удалось увидеть во время первых двух сближений с Солнцем, которые имели место в ноябре 2020 и в апреле 2020 года.

Выявление источника «медленного» солнечного ветра

В ходе одного исследования с помощью прибора Fields удалось получить данные о «медленном» солнечном ветре. Это составная часть потока, скорость которой никогда не превышает 1,8 миллиона км/час. «Медленный» в данном случае понятие относительное, потому что «быстрый» солнечный ветер мчится со скоростью в два раза быстрее.

Ученым уже известно, что быстрый солнечный ветер рождается в крупных «дырах» короны, как называют участки, где внешняя атмосфера значительно холоднее и тоньше нормальных значений. Находятся они возле солнечных полюсов. Полученные с помощью прибора Fields данные указывают на то, что и медленный ветер исходит из дыр в короне, но эти дыры меньшего размера и находятся возле солнечного экватора.

Fields также обнаружил неожиданные изменения направления солнечного магнитного поля, идущего мимо зонда. Иногда это поле меняло направление на 180 градусов, но уже через несколько секунд или минут поворачивало обратно.

«Наверное, такие переключения связаны с некими струями плазмы, — отметил в своем сообщении руководитель исследований Fields профессор Стюарт Бейл (Stuart Bale), преподающий физику в Калифорнийском университете Беркли. — У меня такое чувство, что эти переключения, или струи, играют важную роль в нагревании солнечного ветра».

Черная дыра, видение художника

Между тем, данные, полученные прибором SWEAP, указывают на то, что эти развороты являются «подвижными изгибами S-образной формы в силовых линиях поля, исходящего от Солнца», и что такие переключения направления увеличивают скорость солнечного ветра.

Данные ISoIS помогают конкретизировать возникающую картину. Они показывают, что у солнечных частиц высокой энергии уходит больше времени на то, чтобы долететь до «Паркера», чем ученые думали ранее. Возможно, это вызвано тем, что они движутся вдоль S-образных силовых линий, имея неожиданную траекторию.

ISoIS также зафиксировал множественные взрывы (вспышки) частиц, которые невозможно заметить с помощью наземных приборов. «Это поразительно — даже при минимальных солнечных условиях Солнце производит гораздо больше крошечных энергетических событий, чем мы думали раньше», — отметил Дэвид Маккомас (David McComas) из Принстонского университета, являющийся ведущим автором одного из новых исследований. (Солнечная активность убывает и усиливается в течение 11-летнего цикла, и в настоящее время наша звезда находится в относительно спокойной фазе.)

«Эти измерения помогут нам определить источники, ускорение и методы движения солнечных частиц высокой энергии, и в конечном итоге лучше защитить спутники и астронавтов в будущем», — отметил Маккомас.

А прибор WISPR создает более четкую картину Солнца, короны и сложного, постоянно бурлящего непосредственного окружения нашей звезды. Снимки этого прибора помогают комплексно и в надлежащем контексте оценивать информацию, собранную другой аппаратурой, а также делать определенные выводы на основании самих изображений.

Например, в четвертом научном сообщении говорится о том, что снимки WISPR указывают на наличие свободных от пыли зон вблизи Солнца. Эти зоны не зафиксированы непосредственно, но их существование теоретически допускается. «Детальные изображения с „Паркера» указывают на пространственные изменения в солнечном ветре, которые соответствуют изменениям в солнечном магнитном поле на поверхности, и показывают, что небольшие сгустки плазмы выбрасываются с Солнца и становятся составной частью молодого солнечного ветра», — написал Вершарен.

Лучшее впереди

Ответы на вопросы о солнечном ветре найдены лишь частично, и пока неясно, почему корона нагревается так сильно (хотя новые результаты позволяют сделать некоторые интригующие догадки). Однако у команды «Паркера» достаточно времени, чтобы уточнить детали, так как опубликованные недавно результаты — это только начало. Космический зонд продолжит исследование Солнца вплоть до конца 2025 года, подбираясь все ближе и ближе к его поверхности благодаря гравитационному воздействию Венеры на его траекторию.

Например, завершающая научная орбита «Паркера» будет проходить всего в 6,16 миллиона километров от солнечной поверхности, а скорость зонда в этот момент будет составлять 690 000 км/час.

Такие сближения в будущем будут происходить все чаще, потому что орбита «Паркера» вокруг Солнца будет сокращаться. Сейчас зонд обращается вокруг нашей звезды примерно за 150 земных дней, а к концу полета это время уменьшится до 88 дней.

Продолжительность полета позволит ученым изучить Солнце на разных этапах его 11-летнего цикла активности. Таким образом, сближающийся с нашим светилом зонд должен собрать много интересных данных, изучением которых исследователи будут заниматься долгое время.

«Есть надежда, что данные с „Паркера» будут определять наши представления о Солнце и солнечном ветре долгие годы, — написал Вершарен. — Сделанные зондом открытия подтолкнут ученых к созданию новых моделей и теорий, и эти знания можно будет применить к другим звездам и астрофизической плазме из самых разных уголков Вселенной».

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

New Horizons зафиксировал снижение скорости солнечного ветра

  • Всего0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0

Прибор на борту New Horizons отправляет данные, которые могут помочь ученым предсказать, когда беспилотный зонд в дальнем космосе достигнет межзвездного пространства. Используя инструмент «Solar Wind Around Pluto» (SWAP) на борту космического аппарата, команда исследователей узнает больше о том, как солнечный ветер изменяется во внешних областях солнечной системы.

Хотя солнечная система можно представить как большой шар, окруженный огромным количеством крошечных, твердых объектов, находящихся в вакууме, все это “ничто” пронизано солнечным ветром – непрекращающимся потоком ионизированных частиц от Солнца, которое образует неровный пузырь вокруг всего нашего семейства планет и спутников, называемый гелиосферой.

Внешняя граница гелиосферы – это место, где она встречает ветер из межзвездного пространства. Там солнечный ветер замедляется до дозвуковых скоростей из-за взаимодействия с галактическим ветром, а затем полностью останавливается межзвездной средой. Эти две точки называются, соответственно, границей ударной волны (termination shock) и гелиопаузой.

Чтобы измерить взаимодействие между Солнцем и межзвездным пространством, New Horizons оснащен инструментом SWAP. Хотя Pioneer 10 и 11, а также Voyager 1 и 2 улетели гораздо дальше, ни у кого не было такого сложного устройства, которое могло бы проводить подробные ежедневные измерения солнечного ветра, и особенно «межзвездных поглощающих ионов».

Это рассеянные нейтральные атомы, блуждающие в космическом пространстве, которые затем ионизируются солнечным светом. По данным ученых, SWAP может измерять низкие потоки межзвездных поглощающих ионов с беспрецедентным временным разрешением и обширным пространственным охватом.

В настоящее время New Horizons находится на расстоянии около 46 астрономических единиц (а.е., 6,8 млрд. км) от Солнца.

На таком расстоянии, как ожидают ученые, солнечный ветер начнет заметно замедляться и нагреваться, когда он сталкивается с межзвездным материалом и взаимодействует с ним. По словам исследователей из Юго-Западного исследовательского института (Южныйwest Research Institute), SWAP подтвердил, что это действительно происходит.

Смотрите также

Астрономия

Обнаружены два странных коричневых карлика

12.07.2020

Астрономия

Девятая планета или черная дыра?

11.07.2020

Ученые обнаружили, что на расстоянии в 21 а.е. SWAP обнаружил замедление солнечного ветра, и к тому времени, когда New Horizons достиг 42 а.е., он увидел, что скорость ветра снизилась почти на семь процентов, по сравнению со значением на расстоянии в 1 а.е.

Это не только дало новое представление о дальних областях солнечной системы, но также может помочь оценить, когда Новые горизонты достигнут межзвездного пространства, используя изменения температуры и плотности солнечного ветра, чтобы оценить, где солнечный ветер замедляется до уровня ниже скорости 1 Маха (1193 км/ч) – т. е. окончание ударной волны.

Причина, по которой необходимы данные SWAP, заключается в том, что эта точка меняется в зависимости от уровня солнечной активности. Поскольку в данный момент Солнце находится на очень низком уровне активности, «Новые горизонты» в настоящее время ближе к ней.

Однако космический аппарат не планирует достичь этой точки до середины следующего десятилетия, поэтом граница ударной волны может переместиться дальше, если Солнце войдет в активный период – возможно, до 94 а.е (14 миллиардов километров).

«Раньше только миссии Pioneer 10 и 11 и Voyager 1 и 2 исследовали внешнюю солнечную систему и внешнюю гелиосферу, но теперь New Horizons делает это с помощью более современных научных инструментов», – говорит Хизер Эллиотт, заместитель главного руководителя инструмента SWAP.

«Влияние нашего Солнца на космическую среду распространяется далеко за пределы внешних планет, и SWAP показывает нам новые аспекты того, как эта среда меняется с расстоянием».

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

0 0 голос

Рейтинг

Подписывайтесь на наш новый канал в и наши каналы в соц.сетях

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: