Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Потоки горячего коронального газа вытекают в межпланетное пространство, образуя солнечный ветер.
Явление непрерывного истечения коронального газа в условиях спокойного Солнца названо Паркером солнечным ветром.
21
Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Архимедова спираль солнечных магнитных силовых линий
Из-за вращения Солнца солнечный ветер распространяется по спирали, и в районе Земли угол между направлением средней скорости солнечного ветра и орбитой Земли составляет около
Солнечный ветер представляет собой высокотемпературную плазму, обладающую высокой электрической проводимостью. Поэтому межпланетное магнитное поле (фактически солнечное магнитное поле) концентрируется в потоках солнечного ветра. Напряженность магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли составляет Э.
Вектор межпланетного магнитного поля в районе Земли также направлен подл углом к вектору скорости Земли.
22
Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Движение заряженной частицы в межпланетном магнитном поле
Из-за вращения Солнца солнечный ветер распространяется по спирали, и в районе Земли угол между направлением средней скорости солнечного ветра и орбитой Земли составляет около
Солнечный ветер представляет собой высокотемпературную плазму, обладающую высокой электрической проводимостью. Поэтому межпланетное магнитное поле (фактически солнечное магнитное поле) концентрируется в потоках солнечного ветра. Напряженность магнитного поля солнечного ветра вблизи Земли составляет Э.
Вектор межпланетного магнитного поля в районе Земли также направлен подл углом к вектору скорости Земли.
23
Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Конфигурация межпланетного поля на орбите Земли:
•магнитное поле имеет секторную структуру;
•направления магнитного поля в разных секторах различны.
Экваториальная «плоскость» межпланетного магнитного поля не является плоской: это гофрированная волнообразная поверхность.
Направление межпланетного магнитного поля в плоскости эклиптики
24
Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Земля при вращении вокруг Солнца оказывается то выше магнитной экваториальной плоскости, то ниже этой плоскости.
Поэтому по мере движения Земли вокруг Солнца регистрируется изменение магнитного поля: оно направлено то к Солнцу, то от него, то просто равно нулю. Характерное расстояние, на котором межпланетное магнитное поле изменяет свое направление, составляет миллион километров.
Описанный выше эффект характеризуют как
Меридианный разрез магнитного поля (стрелки )
25
Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Иллюстрация волновой поверхности токового слоя. Земля попеременно оказывается в областях положительной и отрицательной полярности СМП.
Токовый слой близок к плоскому только в периоды минимума солнечной активности. В максимуме солнечной активности угол наклона может достигать 70 градусов.
Околосолнечное пространство, где охраняется спиральная структура солнечного ветра и скорость частиц в ветре превышает звуковую можно назвать областью регулярного распространения частиц. С удалением частиц от солнца скорость солнечного ветра постепенно уменьшается и становится ниже звуковой. Тогда дальнейшее распространение частиц к границам Солнечной системы определяется,
восновном, диффузией. Диффузия прекращается, когда плотность газа
вСолнечной системе становится равно плотности межзвездного газа. Это определяет границу гелиосферы – космического пространства,
заполненного частицами солнечного ветра. |
26 |
|
Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле. Гелиосфера.
Гелиосфера должна иметь форму шара с диффузными границами. Однако солнечная система движется относительно ближнего межзвездного пространства со скоростью В результате взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой
формируется ударный фронт, который охватывает гелиосферу и придает ей форму капли.
Гелиосфера. Движение солнечного ветра и межзвездной плазмы в гелиосфере и на ее границе: А – внешняя ударная волна, Б - контактная поверхность, В - граница гелиосферы.
Движение плазмы происходит вдоль траекторий, обозначенных сплошными линиями. |
|
Широкой стрелкой обозначено направление движения Солнечной системы относительно |
27 |
межзвездной среды. |
Уравнение состояния гелиосферы.
Состояние гелиосферы (ее границы) определяются внешними и внутренними факторами. Первые связаны с характеристиками межзвездного пространства, вторые с характеристиками солнечного ветра и солнечной активностью.
Основные факторы, которые должны быть учтены при составлении уравнения состояния гелиосферы
Внешние факторы
•нейтральная межзвездная материя, движущаяся относительно гелиосферы и формирующая ударный фронт;
•галактическое магнитное поле вблизи гелиосферы, ограничивающее распространение солнечного ветра;
•Галактические космические лучи, которые проникают в гелиосферу и тормозят солнечный ветер;
•ионизация солнечным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением медленных нейтральных атомов межзвездной среды;
•проникновение образовавшихся ионов, в первую очередь ионов водорода и гелия, в гелиосферу и дополнительное торможение ими солнечного ветра.
Внутренние факторы
•движение частиц солнечного ветра;
•регулярное солнечное магнитное поле;
•магнитное поле вмороженное в межпланетную плазму;
•быстрые частицы (), ускоренные в межпланетном пространстве;
•солнечные космические лучи с энергией до десятка ГэВ;
•Быстрые электроны и протоны, ускоренные в магнитосферах планет (например Юпитера и Сатурна) до энергии и .
28
Уравнение состояния гелиосферы.
Существенно важными для определения состояния гелиосферы являются давление нейтральной межзвездной материи, давление галактического магнитного поля и галактических космических лучей, с одной стороны, и
давление солнечного ветра и солнечного магнитного поля с другой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
( ) |
2 |
( )+ |
2 |
( ) |
+ |
|
= |
|
( ) |
2 |
( )+ |
2 |
|
Уравнения состояния гелиосферы: |
г |
|
г . к . л . |
с |
|
с , |
|||||||||
г |
г |
г |
|
8 |
|
|
с |
с |
|
8 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
соответственно плотность, средняя масса и скорость межзвёздного газа и солнечного ветра.
иместное галактическое (вблизи гелиосферы) и солнечное магнитные поля. давление галактических космических лучей (плотность энергии космических лучей)
и- в первом приближении одинаковы и равны массе водорода.
г |
1 част . /см3 ; г |
30 км |
; г .к . л. |
1 эВ/см3 ; г 10− 6 Э |
с |
1 0 част ./ см3 , с |
102 км |
; с 10−5 Э |
|
|
с |
|
|
|
|
с |
|
29
Уравнение состояния гелиосферы.
Плотность частиц солнечного ветра убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца.
На границе гелиосферы она составляет
Оценим размер гелиосферы, предположив что преобладающим в правой части уравнения является солнечный ветер.
Внутренняя область ограниченна фронтом солнечного ветра, здесь солнечный ветер имеет сверхзвуковую скорость. Наружная ограничена ударным фронтом обтекающей межзвездной материи. В промежутке между этими областями происходит «водораздел» между окружающим межзвездными пространством и околосолнечной средой. Здесь встречное распространение межзвездной среды и солнечного ветра происходит30 по
законам диффузии (со скоростью ниже звуковой)