Поскольку вспышки и другие процессы, связанные с выделением энергий, происходят на поверхности Солнца постоянно, астрономы пришли к выводу, что наше светило окружено облаком заряженных частиц высоких энергий, которые разлетаются во всех направлениях. Это солнечный ветер.
Солнечный ветер постоянно «обдувает» верхние слои земной атмосферы со скоростью около 400 км/сек. Он состоит из полностью ионизованных атомов водорода; в каждом кубическом сантиметре солнечного ветра в среднем содержится около 5 протонов и столько же – электронов. Естественно, что заряженные частицы солнечного ветра, приближаясь к Земле, вступают во взаимодействие с ее магнитным полем. Окружающее Землю пространство, в котором магнитное поле проявляется, астрономы и геофизики называют магнитосферой. Ось магнитосферы наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. Магнитосфера улавливает поступающие из космических глубин электрически заряженные частицы. Пойманные они движутся по спиралям вдоль магнитных линий, образуя вокруг земного шара так называемые радиационные пояса – внешний и внутренний. Внутренний радиационный пояс расположен на высотах, не превышающих 12 тыс. км; внешний простирается примерно до 57 тыс. км.
При своем приближении к Земле солнечный ветер давит на магнитосферу, сжимая ее обращенную к Солнцу область и растягивая противоположную область в гигантский хвост, превышающий орбиту Луны.
Когда Солнце спокойно, то есть на нем мало пятен и вспышек, солнечный ветер, сталкиваясь с наветренной стороной магнитосферы, сжимает ее до размеров около восьми земных радиусов (радиус Земли равен 6371 км). В такие периоды магнитосфера и толща атмосферы защищают нас от непосредственного воздействия солнечного ветра. Лишь в областях высоких географических широт (то есть вблизи Северного и Южного полюсов, за полярным кругом) частицы солнечного ветра имеют возможность проникать в верхние слои земной атмосферы. При этом они вызывают ее ионизацию, проявляющуюся в виде полярных сияний – свечения верхних, очень разреженных атмосферных слоев, происходящих на высоте обычно от 80 до 1000 км. Полярные сияния не без основания считаются одним из самых красивых, самых красочных световых явлений в природе.
Но совсем иная картина возникает в периоды максимума солнечной активности, когда солнечный ветер резко усиливается. Энергия частиц, возникающих при солнечных вспышках, столь велика (нередко она превышает 15 000 ГэВ), что солнечный ветер достигает «ураганной» силы и скоростей свыше 1500 км/сек. Приблизившись к Земле, он часто прорывается сквозь магнитосферу, преодолевает радиационные пояса и буквально обрушивается на нашу планету, испуская излучение и горячие ионизованные газы, которые бомбардируют Землю и обнаруживаются даже у экватора! Но особенно обильно частицы солнечного ветра бомбардируют полярные области Земли, усиливая полярные сияния и так искажая магнитное поле, что стрелки компасов буквально «сходят с ума». Возникает так называемая магнитная буря.
Однако с практической точки зрения в наши дни гораздо важнее тот факт, что солнечные вспышки изменяют свойства области верхней атмосферы, в которой при обычных условиях велика концентрация электрических зарядов в форме ионов (эта область называется ионосферой). Магнитная буря порождает бурю ионосферную – плотность ионизованных частиц в ионосфере беспорядочно изменяется, что приводит к нарушению работы радиоаппаратуры и вообще всех приборов, как-то связанных с использованием ионосферы.
Солнечный ветер
представляет собой постоянное радиальное истечение плазмы солнечной короны (См. Солнечная корона) в межпланетное пространство. Образование С. в. связано с потоком энергии, поступающим в корону из более глубоких слоев Солнца. По-видимому, переносят энергию магнитогидродинамические и слабые ударные волны (см. Плазма ,
Солнце). Для поддержания С. в. существенно, чтобы энергия, переносимая волнами и теплопроводностью, передавалась и верхним слоям короны. Постоянный нагрев короны, имеющей температуру 1,5-2 млн. градусов, не уравновешивается потерей энергии за счёт излучения, т.к. плотность короны мала. Избыточную энергию уносят частицы С. в. По существу С. в. - это непрерывно расширяющаяся солнечная корона. Давление нагретого газа вызывает её стационарное гидродинамическое истечение с постепенно нарастающей скоростью. В основании короны (Солнечный ветер 10 тыс. км
от поверхности Солнца) частицы имеют радиальную скорость порядка сотен м
/сек
. на расстоянии несколько радиусов от Солнца она достигает звуковой скорости в плазме 100-150 км
/сек
, а на расстоянии 1 а. е. (у орбиты Земли) скорость протонов плазмы составляет 300-750 км
/сек
. Вблизи орбиты Земли температура плазмы С. в., определяемая по тепловой составляющей скоростей частиц (по разности скоростей частиц и средней скорости потока), в периоды спокойного Солнца составляет Солнечный ветер 10 4 К, в активные периоды доходит до 4․10 5 К. С. в. содержит те же частицы, что и солнечная корона, т. е. главным образом протоны и электроны, присутствуют также ядра гелия (от 2 до 20%). В зависимости от состояния солнечной активности поток протонов вблизи орбиты Земли меняется от 5․10 7 до 5․10 8 протонов/(см
2 ․сек
), а их пространственная концентрация - от нескольких частиц до нескольких десятков частиц в 1 см
3 .
При помощи межпланетных космических станций установлено, что вплоть до орбиты Юпитера плотность потока частиц С. в. изменяется по закону r
–2 ,
где r
- расстояние от Солнца. Энергия, которую уносят в межпланетное пространство частицы С. в. в 1 сек
, оценивается в 10 27 -10 29 эрг
(энергия электромагнитного излучения Солнца Солнечный ветер4․10 33 эрг
/сек
).
Солнце теряет с С. в. в течение года массу, равную Солнечный ветер2․10 –14 массы Солнца. С. в. уносит с собой петли силовых линий солнечного магнитного поля (т.к. силовые линии как бы «вморожены» в истекающую плазму солнечной короны; см. Магнитная гидродинамика). Сочетание вращения Солнца с радиальным движением частиц. С. в. придаёт силовым линиям форму спиралей. На уровне орбиты Земли напряжённость магнитного поля С. в. меняется в пределах от 2,5․10 –6 до 4․10 –4 э
.
Крупномасштабная структура этого поля в плоскости эклиптики имеет вид секторов, в которых поле направлено от Солнца или к нему (рис. 1). В период невысокой активности Солнца (1963-64) наблюдались 4 сектора, сохранявшиеся в течение 1,5 лет. При росте активности структура поля стала более динамичной, увеличилось и число секторов. Магнитное поле, уносимое С. в., частично «выметает» галактические Космические лучи из околосолнечного пространства, что приводит к изменению их интенсивности на Земле. Изучение вариаций космических лучей позволяет исследовать С. в. на больших расстояниях от Земли и, что особенно важно, вне плоскости эклиптики. О многих свойствах С. в. вдали от Солнца можно будет, по-видимому, узнать также из исследования взаимодействия плазмы С. в. с плазмой комет - своеобразных космических зондов. Размер полости, занятой С. в., точно не известен (аппаратурой космических станций С. в. прослежен пока до орбиты Юпитера). У границ этой полости динамическое давление С. в. должно уравновешиваться давлением межзвёздного газа, галактического магнитного поля и галактических космических лучей. Столкновение сверхзвукового потока солнечной плазмы с геомагнитным полем порождает стационарную ударную волну перед земной магнитосферой (рис. 2). С. в. как бы обтекает магнитосферу, ограничивая её протяжённость в пространстве (см. Земля). Потоком частиц С. в. геомагнитное поле сжато с солнечной стороны (здесь граница магнитосферы проходит на расстоянии Солнечный ветер10 R ⊕ - земных радиусов) и вытянуто в антисолнечном направлении на десятки R ⊕ (т. н. «хвост» магнитосферы). В слое между фронтом волны и магнитосферой квазирегулярного межпланетного магнитного поля уже нет, частицы движутся по сложным траекториям и часть из них может быть захвачена в Радиационные пояса Земли . Изменения интенсивности С. в. являются основной причиной возмущений геомагнитного поля (см. Вариации магнитные),
магнитных бурь (См. Магнитные бури),
полярных сияний (См. Полярные сияния), нагрева верхней атмосферы Земли, а также ряда биофизических и биохимических явлений (см. Солнечно-земные связи). Солнце не выделяется чем-либо особенным в мире звёзд, поэтому естественно считать, что истечение вещества, подобное С. в., существует и у др. звёзд. Такой «звёздный ветер», более мощный, чем у Солнца, был открыт, например, у горячих звёзд с температурой поверхности Солнечный ветер30-50 тыс. К. Термин «С. в.» был предложен американским физиком Е. Паркером (1958), разработавшим основы гидродинамической теории С. в. Лит.:
Паркер Е., Динамические процессы в межпланетной среде, пер. с англ., М., 1965; Солнечный ветер, пер. с англ., М., 1968; Хундхаузен А., Расширение короны и солнечный ветер, пер. с англ., М., 1976. М. А. Лившиц, С. Б. Пикельнер.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Солнечный ветер" в других словарях:
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.… … Физическая энциклопедия
Современная энциклопедия
СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР, устойчивый поток заряженных частиц (главным образом, протонов и электронов), разгоняемый высокой температурой солнечной КОРОНЫ до скоростей, достаточно больших, чтобы частицы преодолели тяготение Солнца. Солнечный ветер отклоняет … Научно-технический энциклопедический словарь
Солнечный ветер - СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР, поток плазмы солнечной короны, заполняющий Солнечную систему до расстояния 100 астрономических единиц от Солнца, где давление межзвездной среды уравновешивает динамическое давление потока. Основной состав протоны, электроны, ядра … Иллюстрированный энциклопедический словарь
Истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц несколько десятков в 1 см³ … Большой Энциклопедический словарь
- «СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР», СССР, ЭКРАН (ОСТАНКИНО), 1982, цв. Телесериал. Героиня киноромана молодой ученый Надежда Петровская, работающаянад проблемами, находящимися на стыке различных наук.Последняя работа в кино Андрея Попова (39 ролей в кино). В… … Энциклопедия кино
У этого термина существуют и другие значения, см. Солнечный ветер (фильм) … Википедия
Истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц от нескольких единиц до нескольких десятков в 1 см3. * * *… … Энциклопедический словарь
Солнечный ветер
- непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся приблизительно радиально от Солнца и заполняющий собой Солнечную систему до гелиоцентрич. расстояний ~100 а.е. С.в. образуется при газодинамич. расширении в межпланетное пространство. При высоких темп-рах, к-рые существуют в солнечной короне ( К), давление вышележащих слоев не может уравновесить газовое давление вещества короны, и корона расширяется.Первые свидетельства существования постоянного потока плазмы от Солнца получены Л. Бирманом (ФРГ) в 1950-х гг. по анализу сил, действующих на плазменные хвосты комет. В 1957 г. Ю. Паркер (США), анализируя условия равновесия вещества короны, показал, что корона не может находится в условиях гидростатич. равновесия, как это раньше предполагалось, а должна расширятся, и это расширение при имеющихся граничных условиях должно приводить к разгону коронального вещества до сверхзвуковых скоростей.
Средние характеристики С.в. приведены в табл. 1. Впервые поток плазмы солнечного происхождения был зарегистрирован на второй советской космич. ракете "Луна-2" в 1959 г. Существование постоянного истечения плазмы из Солнца было доказано в реузльтате многомесячных измерений на амер. АМС "Маринер-2" в 1962 г.
Таблица 1. Средние характеристики солнечного ветра на орбите Земли
| Скорость | 400 км/с |
| Плотность протонов | 6 см -3 |
| Температура протонов | К |
| Температура электронов | К |
| Напряженность магнитного поля | Э |
| Плотность потока протонов | см -2 с -1 |
| Плотность потока кинетической энергии | 0,3 эргсм -2 с -1 |
Потоки С.в. можно разделить на два класса: медленные - со скоростью км/с и быстрые - со скоростью 600-700 км/с. Быстрые потоки исходят из тех областей короны, где магнитное поле близко к радиальному. Часть этих областей явл. . Медленные потоки С.в. связаны, по-видимому, с областями короны, где имеется значит. тангенсальный компонент магн. поля.
Помимо основных составляющих С.в. - протонов и электронов, в его составе также обнаружена -частицы, высокоионизованные ионы кислорода, кремния, серы, железа (рис. 1). При анализе газов, захваченных в экспонированных на Луне фольгах, найдены атомы Ne и Ar. Средний хим. состав С.в. приведен в табл. 2.Таблица 2. Относительный химический состав солнечного ветра
| Элемент | Относительное содержание |
| H | 0,96 |
| 3 He | |
| 4 He | 0,04 |
| O | |
| Ne | |
| Si | |
| Ar | |
| Fe |
Ионизац. состояние вещества С.в. соответствует тому уровню в короне, где время рекомбинации становится малым по сравнению со временем расширения, т.е. на расстоянии . Измерения ионизац. темп-ры ионов С.в. позволяют определять электронную темп-ру солнечной короны.
С.в. уносит с собой в межпланетную среду корональное магн. поле. Вмороженные в плазму силовые линии этого поля образуют межпланетное магн. поле (ММП). Хотя напряженность ММП невелика и плотность его энергии составляет ок. 1% от кинетич. энергии С.в., оно играет большую роль в термодинамике С.в. и в динамике взаимодействий С.в. с телами Солнечной системы и потоков С.в. между собой. Комбинация расширения С.в. с вращением Солнца приводит к тому, что магн. силовые лионии, вмороженные в С.в., имеют форму, близкую к спиралям Архимеда (рис. 2). Радиальный и азимутальный компонент магн. поля вблизи плоскости эклиптики изменяются с расстоянием:,
где R - гелиоцентрич. расстояние, - угловая скорость вращения Солнца, u R - радиальный компонент скорости С.в., индекс "0" соответствует исходному уровню. На расстоянии орбиты Земли угол между направлениями магн. поля и направлением на Солнце , на больших гелиоцентрич. расстояниях ММП почти перпендикулярно направлению на Солнце.
С.в., возникающий над областями Солнца с различной ориентацией магн. поля, образует потоки в различно ориентированными ММП - т.н. межпланетного магнитного поля.
В С.в. наблюдаются различные типы волн: ленгмюровские, вистлеры, ионнозвуковые, магнитозвуковые, и др. (см. ). Часть волн генерируется на Солнце, часть возбуждается в межпланетной среде. Генерация волн сглаживает отклонения функции распределения частиц от максвелловской и приводит к тому, что С.в. ведет себя как сплошная среда. Волны альвеновского типа играют большую роль в ускорении малых составляющих С.в. и в формировании функции распределения протонов. В С.в. наблюдаются также контактные и вращательные разрывы, харатерные для замагниченной плазмы.
Поток С.в. явл. сверхзвуковым по отношению к скорости тех типов волн, к-рые обеспечивают эффективную передачу энергии в С.в. (альвеновские, звуковые и магнитозвуковые волны), альвеновские и звуковые числа Маха С.в. на орбите Земли . При обтрекании С.в. препятствий, способных эффективно отклонять С.в. (магн. поля Меркурия, Земли, Юпитера, Стаурна или проводящие ионосферы Венеры и, по-видимому, Марса), образуется головная отошедшая ударная волна. С.в. тормозится и разогревается на фронте ударной волны, что позволяет ему обтекать препятствие. При этом в С.в. формируется полость - магнитосфера (собственная или индуцированная), форма и размер к-рой определяется балансом давлентия магн. поля планеты и давления обтекающего потока плазмы (см. ). Слой разогретой плазмы между ударной волной и обтекаемым препятствием наз. переходной областью. Темп-ры ионов на фронте ударной волны могут увеличиваться в 10-20 раз, электронов - в 1,5-2 раза. Ударная волна явл. , термализация потока к-ой обеспечивается коллективными плазменными процессами. Толщина фронта ударной волны ~100 км и определяется скоростью нарастания (магнитозвуковой и/или нижнегибридной) при взаимодействии набегающего потока и части потока ионов, отраженного от фронта. В случае взаимодействия С.в. с непроводящим телом (Луна) ударная волна не возникает: поток плазмы поглощается поверхностью, а за телом образуется постепенно заполняемая плазмой С.в. полость.На стационарный процесс истечения плазмы короны накладываются нестационарные процессы, связанные со . При сильных солнечных вспышках происходит выброс вещества из нижних областей короны в межпланетную среду. При этом также образуется ударная волна (рис. 3), к-рая постепенно замедляется при движении через плазму С.в. Приход ударной волны к Земле проводит к сжатию магнитосферы, после к-рого обычно начинается развитие магн. бури.
Ур-ние, описывающее расширение солнечной короны, можно получить из системы ур-ний сохранения массы и момента количества движения. Решения этого ур-ния, описывающие различный характер изменения скорости с расстоянием, показаны на рис. 4. Решения 1 и 2 соответствуют малым скоростям в основании короны. Выбор между этими двумя решениями определяется условиями на бесконечности. Решение 1 соответствует малым скоростям расширения короны ("солнечный бриз", по Дж. Чемберлену, США) и дает большие значения давления на бесконечности, т.е. встречается с теми же трудностями, что и модель статич. короны. Решение 2 соответствует переходу скорости расширения через значение скорости звука (v K ) на нек-ром критич. расстоянии R K и последующему расширению со сверхзвуковой скоростью. Это решение дает исчезающе малое значение давления на бесконечности, что позволяет согласовать его с малым давлением межзвездной среды. Течение этого типа Паркер назвал солнечным ветром. Критич. точка находится над поверхностью Солнца, если темп-ра короны меньше нек-рого критич. значения , где m - масса протона, - показатель адиабаты. На рис. 5 показано изменение скорости расширения с гелиоцентрич. расстоянием в зависимости от темп-ры изотермич. изотропной короны. Последующие модели С.в. учитывают вариации корональной темп-ры с расстоянием, двухжидкостный хапрактер среды (электронный и протонный газы), теплопроводность, вязкость, несферический характер расширения. Подход к веществу С.в. как к сплошной среде оправдывается наличием ММП и коллективным характером взаимодействия плазмы С.в., обусловленным различного типа неустойчивостями. С.в. обеспечивает осн. отток тепловой энергии короны, т.к. теплопередача в хромосферу, электромагнит. излучение сильно ионизованного вещества короны и электронная теплопроводность С.в. недостаточны для установления термич. баланса короны. Электронная теплопроводность обеспечивает медленное убывание темп-ры С.в. с расстоянием. С.в. не играет сколько-нибудь заметной роли в энергетике Солнца в целом, т.к. поток энергии, уносимый им составляет ~ 10 -8Солнце 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 атмосферы – 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.
Первые измерения солнечного ветра произведены в 1959 году на АМС «Луна-9». В 1962 году «Маринер-2», направлявшийся к Венере, произвел наблюдения солнечного ветра и получил следующие результаты: скорость солнечного ветра изменялась в границах от 350 м/с до 800 м/с, средняя концентрация солнечного ветра 5,4 иона на 1 см3, ионная температура 160 000 К. Средняя напряженность магнитного поля 6*10–5 эрстед.
Много нового о солнечном ветре выяснила международная космическая станция SOHO. Оказалось, что он переносит такие элементы, как никель, железо, кремний, сера, кальций, хром.
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, напоминающая форму струи воды из садового шланга, вращающегося вокруг оси.
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. Космический аппарат «Вояджер» обнаружил солнечный ветер даже за орбитой Плутона. Фактически, мы живем в образованной солнечным ветром гигантской гелиосфере, хоть и защищены от нее магнитным полем Земли.
Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают сантиметровые радиоволны, которые излучает хромосфера, и более длинные волны, излучаемые короной.
Если в видимых лучах Солнце излучает сравнительно стабильно (изменения происходят на доли процента), то в радиодиапазоне излучение может изменяться в сотни и даже тысячи раз. Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную. Постоянная составляющая характеризует радиоизлучение спокойного Солнца. Солнечная корона излучает радиоволны как абсолютно черное тело с температурой Т = 106 К. Переменная составляющая радиоизлучения Солнца проявляется в виде всплесков, шумовых бурь. Шумовые бури длятся от нескольких часов до нескольких дней. Через 10 минут после сильной солнечной вспышки радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца и длится от нескольких минут до нескольких часов. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.
Солнечный ветер.
В конце 50-х годов XX века американский астрофизик Юджин Паркер пришел к выводу, что, поскольку газ в солнечной короне имеет высокую температуру, которая сохраняется с удалением от Солнца, он должен непрерывно расширяться, заполняя Солнечную систему. Результаты, полученные с помощью советских и американских космических аппаратов, подтвердили правильность теории Паркера.
В межпланетном пространстве действительно мчится направленный от Солнца поток вещества, получивший название солнечный ветер. Он представляет собой продолжение расширяющейся солнечной короны; составляет его в основном ядра атомов водорода (протоны) и гелия (альфа-частицы), а также электроны. Частицы солнечного ветра летят со скоростями, составляющие несколько сот километров в секунду, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических единиц - туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в разреженный межзвездный газ. А вместе с ветром в межпланетное пространство переносятся и солнечные магнитные поля.Корональная дыра.
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 атмосферы – 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.Общее магнитное поле Солнца по форме линий магнитной индукции немного напоминает земную. Но силовые линии земного поля близ экватора замкнуты и не пропускают направленные к Земле заряженные частицы. Силовые линии солнечного поля, напротив, в экваториальной области разомкнуты и вытягиваются в межпланетное пространство, искривляясь подобно спиралям. Объяснятся это тем, что силовые линии остаются связанными с Солнцем, которое вращается вокруг своей оси. Солнечный ветер вместе с "вмороженным" в него магнитным полем формирует газовые хвосты комет, направляя их в стороны от Солнца. Встречая на своем пути Землю, солнечный ветер сильно деформирует ее магнитосферу, в результате чего наша планета обладает длинным магнитным "хвостом", также направленным от Солнца. Магнитное поле Земли чутко отзывается на обдувающие ее потоки солнечного вещества.
