Ионизированные частицы передают энергию атомам атмосферы, вызывая свечение — аврору бореалис. И когда энергетически заряженные частицы захватываются и удерживаются вокруг планеты магнитным полем, образуется полоса излучения.
Солнечный ветер
По телевидению и радио мы слышим сообщения о солнечных ветрах, вызывающих грозы и нарушение работы интернета, мобильных телефонов и других технологических устройств в течение нескольких дней. Сегодняшние вспышки на Солнце никого не удивляют, но мало кто имеет представление о том, как воздушные потоки порождаются ближайшими звездами и как они влияют на планету.
Термин «ветер» обычно относится к воздушным потокам, состоящим из определенного набора газов, содержащихся в атмосфере Земли. Однако существует и другой термин — солнечный ветер. Это ионизированный поток частиц из короны звезды в окружающее пространство. Можно использовать название «звездный ветер», что тоже правильно, так как источником потока являются все существующие звезды.
Накаленное состояние звезды обусловлено термоядерными процессами, происходящими внутри нее. Корональная часть Солнца может нагреваться примерно до 1 миллиона градусов Цельсия. В такой тепловой среде атомы движутся с невероятной скоростью, сталкиваясь и разлетаясь во все стороны. Газы, входящие в состав короны, расширяются и пытаются занять как можно больше места.
По мере удаления от Солнца скорость газового потока увеличивается, и ему требуется несколько дней, чтобы достичь Земли. Солнечный ветер содержит элементы, характерные для Солнца, такие как гелий, водород, железо, кремний и сера. Масса частиц, вылетающих из поверхностного слоя звезды, составляет около 200 000 °C. Когда солнечная активность низкая, они перемещаются в пространстве со скоростью 300-500 км/с. Однако, когда корона активна, скорость солнечного ветра может достигать 1000-1200 км/с. Солнце испускает около 1 миллиона тонн ионизированных частиц в секунду.
История изучения
Вышеописанные процессы известны астрономам с 1950-х годов. Астрономия широко изучает космические ветры, но некоторые их свойства еще не до конца исследованы. НАСА осуществляет космическую программу по изучению потоков звездного ветра.
- Программа Ulysses, отправленная в космос в октябре 1990 года, исследовала солнечную корону на всех широтах, определяла свойства ветровых потоков. Она действовала дольше 10 лет.
- ACE (Advanced Composition Explorer) была начата в 1997 году, двигалась по особой орбите, пересекающей точку Лагранжа между звездой и Землей. В этой точке земная и солнечная гравитационные силы одинаковы, поэтому нет отклонения исследовательского спутника. В ходе исследования измерялись потоки частиц в режиме реального времени.
- Программы STEREO-A и STEREO-B осуществляются сейчас. Аппараты изучают корональную область со всех сторон с целью установления причин появления излучения. По словам исследователей NASA, миссия позволяет узнать новые аспекты взаимодействия звезды и планеты.
- Parker – новая программа, запущенная в августе 2018 года. Задача исследовательского аппарата – работа в непосредственной близости к Солнцу (с погружением в корональный слой). Ученые надеются получить в ходе миссии серию подробных фотографий внутреннего пространства короны и данные измерений, что позволят шире раскрыть тайну происхождения и эволюционных изменений Солнца.
Виды солнечного ветра
Звездные ветры характеризуются изменчивостью. Из-за интенсивных процессов, происходящих внутри звезды, их скорость и сила меняются. Выпускается ток:.
Быстрый солнечный ветер
Он может вытекать из короны в течение многих месяцев, достигая скорости 600-800 км/с. Она образуется при появлении корональных отверстий. Это область на поверхности Солнца, где температура и плотность материала низкие.
Тихие, быстрые ветры отвечают за большую часть (53%) всей солнечной радиации во времени.
Медленный солнечный ветер
Он исходит из спокойных экваториальных областей короны и имеет скорость 300-500 км/с. Он достигает Земли как минимум за несколько часов, а как максимум — за три дня. Будучи более плотными, чем быстрые кометы, кометы влияют на появление огненных хвостов.
Если бы Земля не была защищена магнитным полем, жизнь на Земле была бы уничтожена медленной радиацией.
Возмущенные потоки
Это кратковременные, неравномерные и структурно сложные взрывы, которые вызывают возмущения в магнитосфере Земли. Другими словами, это внезапные всплески коронального материала, которым предшествует ударная волна, отклоняющая магнитное поле планеты.
В процессе корона высвобождает большое количество протонов — электронов, включая ядра гелия и кислорода, а также небольшую часть более тяжелых элементов. Поскольку вся энергия подпитки тратится на ускорение, эта масса уносится в космос с огромной скоростью. Иногда перед быстрым выбросом из короны обнаруживается турбулентный поток.
Магнитные бури, вызванные этим типом ветра, могут оскорбить чувствительных людей и повлиять на технологии (мобильные и беспроводные устройства, интернет-коммуникации).
В случае солнечных систем ветер, испускаемый Солнцем, является надежной защитой от вредных межзвездных газов. Ветер образует защитную газовую оболочку — гелиосферу, через которую космические лучи не могут проникнуть. На нашей планете радиация создает магнитосферу, где появляются радиационные пояса и седла.
Магнитные бури, вызванные этим типом ветра, могут оскорбить чувствительных людей и повлиять на технологии (мобильные и беспроводные устройства, интернет-коммуникации).
С какой скоростью «дует» солнечный ветер
Обратите внимание, что термин «дуновение» не очень подходит для описания этого явления, поскольку солнечные ветры не похожи на земные. Мы говорим о звездных потоках, а не о воздухе. Ионизированные частицы движутся со скоростью 400 километров в секунду, но могут ускоряться до 500-800 километров в секунду.
Исследователи различают два типа солнечного ветра.
- Медленный — плотный, формирующийся при температурном расширении ионизированных газов в экваторе светила. Потоки корональной плазмы под воздействием динамического процесса развивают скорость до 400 км/с.
- Быстрый — зарождающийся в корональных дырах. Потоки испускаются на Землю на протяжении 27 дней — за это время звезда совершает полный оборот вокруг оси.
Ученые также зафиксировали турбулентность со скоростью от 1 000 до 1 200 километров в секунду. Они вызваны корональными извержениями, которые провоцируют магнитные бури.
Влияние на Землю
Солнечный ветер неравномерен — при вращении звезды быстрые и медленные потоки пересекаются с Землей. Постоянные изменения скоростей частиц негативно влияют на магнитосферу планеты, вызывая магнитные бури, северное сияние и другие явления.
Ионизированные частицы передают энергию атомам атмосферы, вызывая свечение — аврору бореалис. И когда энергетически заряженные частицы захватываются и удерживаются вокруг планеты магнитным полем, образуется полоса излучения.
Схема взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой Земли/Викимедиа
Это явление также влияет на погоду, например, на формирование штормовых фронтов. В дни, когда заряженные частицы достигают Земли, повышается вероятность возникновения молний в атмосфере. Кроме того, поскольку за активностью Солнца следят спутники, результаты исследования могут помочь вовремя узнать о вероятности возникновения сильных бурь.
Ученые доказали влияние этого явления на организм человека. Исследователи из российского Института Шеффера Сибирского факультета Российской академии наук проанализировали ряд медицинских заявок за определенный период времени и обнаружили, что у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями, в магниевые дни чаще случаются обострения.
На страже границ Солнечной системы
Поэтому солнечный ветер — это явление, представляющее постоянную опасность для Земли. Но она также необходима Солнечной системе для защиты от самых разрушительных сил Вселенной. Потоки заряженных частиц выталкивают межзвездные газы. На границе между солнечным ветром и космическими лучами образуется закат — стена теплой плазмы. Эта область гасит излучение от других звезд и взрывов сверхновых.
НАСА выпустило лодку «Вояджер-2», которая прошла мимо Солнца в 2018 году. Он собрал информацию о температуре в этой области, которая на краю Солнечной системы достигает 31 000°C. Этот показатель оказался выше, чем рассчитывали ученые. Исследователи пришли к выводу, что сила столкновений солнечного ветра с космическими лучами гораздо сильнее, чем мы считали ранее.
Эти случаи были доказаны в 1959 году. Исследования проводились на советском аппарате ЛУНА-1. Также в 2016 году стереообсерватория НАСА смогла зафиксировать сам процесс возникновения токов ионизированных частиц.
Человек и солнечный ветер
Конечно, они защищены от магнитного поля Земли, поэтому не чувствуют «взрыва». Благодаря этому эти заряженные частицы бродят по нашей планете и переносятся в космос. Однако наша «защита» становится особенно сложной, когда раздражающие потоки частиц пробивают ее и достигают верхних слоев атмосферы. Поэтому.
Но страдают не только люди: страдает техника — спутники теряют управление, самолеты исчезают с экранов радаров, а полеты могут быть даже отменены. Помехи радиоволн, например, нарушают связь и спутниковое телевидение, мешая людям смотреть любимые фильмы и программы или мешая работе их компьютеров. Одним словом, это вызывает множество проблем.
Но вызывает ли солнечный ветер множество негативных последствий сам по себе? Нет!!! Это предел Солнца, область близлежащего солнечного пространства, где плазма солнечного ветра выглядит как гигантский пузырь, движущийся со сверхзвуковой скоростью по сравнению с Солнцем. Именно эта область защищает Солнечную систему от межзвездного газа, а также ослабляет силу светящегося излучения.
Где же нет солнечного ветра?
Существует солнечная граница, очень защитный пузырь солнечного ветра. Только «Вояджер» покинул свой дом, покинул Солнечную систему и выскочил за пределы Солнца, поэтому мы знаем, что Солнце простирается примерно на 13,5 миллиардов километров от Солнца, благодаря Солнцу. Кстати, это может меняться в зависимости от солнечной активности. В настоящее время «Вояджер-1» находится на расстоянии 22 миллиардов километров от Солнца, а «Вояджер-2» — на расстоянии 18,2 миллиарда километров.
Перспективы использования солнечного ветра
Учитывая все существующие особенности такого уникального космического явления, как солнечный ветер, очень интересно найти ему практическое применение. Первооткрывателем «электрической ткани» в Со-Калседе, «Солнечного паруса» (космического аппарата, который движется за счет энергии заряженных частиц солнечного ветра), был финский ученый Пекка Янхунен.
Весной 2013 года на орбиту был выведен спутник Estcube-1, оснащенный этим устройством. К сожалению, попытка не увенчалась успехом, поскольку ткань не развернулась.
Есть и другие привлекательные планы. Использование плавильного синтеза — это создание «ионной станции», или передача информации на орбите планеты для производства энергии.
Время от времени Солнце выпускает большое количество существ. Они известны как выбросы массы (CME). или солнечные бури. Они происходят чаще во время активного периода солнечного цикла, известного как солнечный максимум. КВМ оказывают более сильное воздействие, чем обычные солнечные ветры.
Как заряженные частицы влияют на Землю
Постоянно меняющийся поток заряженных частиц способен полностью уничтожить все живое на нашей планете. Однако у Земли есть надежная защита от этой опасности — ее магнитное поле. Благодаря магнитному полю Земля может избежать столкновения с космическими врагами. Однако из-за нестабильности магнитного поля и изменений в потоке заряженных частиц на Земле часто возникают магнитные бури.
Параметры солнечного ветра
Благодаря работе советского ученого А. Чижевского стало возможным определить влияние изменений звездной активности не только на организм человека, но и на урожайность, воспроизводство и активность животных. Также были обнаружены периодические изменения в магнитном поле.
Солнечный ветер вызывает магнитные бури и молнии. Также было установлено, что количество молний зависит от силы потока ионизированных частиц. Это может привести к увеличению количества газа радона, выходящего из земной поверхности. Магнитные бури повышают активность электрического поля у поверхности Земли, что приводит к изменению атмосферного давления.
Солнечные ветры могут быть опасны:.
- нарушает радиосвязь;
- создаёт помехи в работе компьютерной техники;
- вызывает сбои в инженерных сетях;
- нарушает работу некоторых приборов.
Угроза внезапных магнитных бурь создала необходимость их прогнозирования, для чего ведется тщательное наблюдение за основными светящимися телами Солнечной системы. Все метеостанции мира оснащены оборудованием, предупреждающим об изменениях в магнитном поле планеты.
Солнечные ветры и магнитосфера Земли
Можно ли использовать солнечный ветер
Ученые всего мира бьются над проблемами и перспективами использования солнечного ветра на благо цивилизации. Например, финский ученый П. Янхунен создал так называемые «электрические паруса» и «солнечные паруса». Это космические аппараты, работающие на заряженных частицах, исходящих от Солнца. Попытки запустить космический корабль закончились неудачей — его не удалось развернуть.
Существуют планы использования заряженных частиц для передачи и хранения информации и создания космических электростанций на планетарной орбите. Например, американский ученый Ф. Дайсон предположил, что в будущем высокоразвитая земная цивилизация создаст вокруг Солнца некий сферический объект, который сможет собирать всю энергию. Сам Дайсон считал, что таким образом можно будет искать инопланетные цивилизации.
Исследователи из Университета Вашингтона разработали практические идеи использования ионизированного активного излучения, или космических спутников. С их помощью можно собирать и перераспределять электроны, поступающие из солнечного ветра. Спутники с километровыми стержнями и 8000-километровыми парусами позволяют человечеству полностью отказаться от всех форм энергии и передавать ее тем, кто извлекает из потока ионизированных частиц. Этот источник энергии (1 триллион мегаватт) практически неисчерпаем.
Существуют планы по передаче энергии со спутника Дайсон-Харроп с помощью лазерных лучей. На данном этапе человеческой цивилизации невозможно создать такой пучок (по сути, «кабель»). Сам спутник должен находиться вне плоскости затмения, обеспечивая точку, из которой лазерный луч будет охватывать всю планету. Однако можно заменить мощные солнечные батареи небольшими спутниками. Возможно, в недалеком будущем они смогут заменить ядерные реакторы.
Какое будущее нашей звезды
Солнце существует уже более 5 миллиардов лет. Каждую секунду 600 миллионов тонн водорода превращаются в Солнце в звездах. Масса Солнца уменьшается на 4 миллиона тонн в секунду. Когда запасы водорода будут израсходованы, Солнце станет сначала красным гигантом, а затем белым карликом. Все солнцезащитные очки также будут исчерпаны. В этих условиях человечество рано или поздно столкнется с проблемой заселения других планет. Для этих целей перспективно использование солнечного ветра.
Когда Солнце становится красным гигантом, возникает поток заряженных частиц. Его сила, вероятно, значительно возрастет. Для Земли это не имеет значения, так как он может быть поглощен Солнцем. Однако даже если планета останется (что вполне вероятно, поскольку она несколько удалена от звезды), оптимального времени для этого не существует. Во-первых, верхние формы жизни погибают под воздействием высоких температур, парникового эффекта. Впоследствии наша планета полностью удаляет океаны (испарение). По мере дальнейшего повышения температуры планета сгорает и становится полностью необитаемой. Это произойдет примерно через 4 миллиарда лет.
Наконец, Солнце проходит через фазу красного гиганта. Его внешняя оболочка взрывается, образуя туманность с планетами. В его центре образуется белый карлик. За миллиарды лет эта звезда медленно стирается. В результате интенсивность солнечного ветра постепенно ослабевает. После охлаждения образуется черная звезда d. Охлаждение занимает около 5 миллионов лет.
Все звезды испускают звездный ветер, и Солнце не является исключением. Ток заряженных частиц может распространяться на десятки миллиардов километров. Солнечный ветер оказывает большое влияние на все живое и экономическую деятельность человека. Используя огромную энергию заряженных частиц, человечество открывает перспективу полного преодоления дефицита энергии.
