Co to jest wiatr słoneczny?

W każdej chwili Słońce promieniuje w przestrzeń kosmiczną strumień zjonizowanych cząstek emitowanych przez warstwę zewnętrzną (koronę słoneczną) z ogromną prędkością sięgającą 1200 km / s. Jego niekończące się „trąby powietrzne” otaczają Ziemię, przenikają przestrzeń Układu Słonecznego, a nawet daleko poza nią. Wszystkie gwiazdy mogą go emitować, i w tym przypadku nazywa się to gwiezdnym wiatrem. Przepływ cząstek Słońca można również nazwać gwiezdnym wiatrem Słońca i nie będzie w tym błędu.

Historia koncepcji

Naukowa idea człowieka na temat świata nieustannie się zmienia. Proces zaprzeczania poprzednim dogmatom i koncepcjom pozwala na świeże spojrzenie na istniejącą rzeczywistość.

Przez długi czas nauka rozważała statyczną koronę każdej gwiazdy. Oznacza to, że siła grawitacji zdawała się równoważyć siłę nacisku eksplozji jądrowych i termojądrowych i nie pozwalała na wypływanie rozpalonej do czerwoności materii z otoczenia do otaczającej przestrzeni.

Angielski geofizyk i astronom Sidney Chapman w swoim czasie stworzył i rozwinął teorię stabilności atmosfery słonecznej. Jego hipoteza podzieliła społeczność astrofizyczną. Wszystko to trwałoby do naszych czasów. Jednak znaleziono człowieka, który zdecydowanie i nieodwołalnie obalił poglądy słynnego naukowca.

Nazywa się Eugene Newman Parker. Amerykański astrofizyk zadał miażdżący cios koncepcji swojego angielskiego kolegi. Dzięki swoim pionierskim osiągnięciom był w stanie udowodnić nieodwracalność odpływu materii z korony. Co więcej, pojawił się bardzo ciekawy fakt: gdy oddalasz się od Słońca, prędkość wiatru słonecznego znacznie wzrasta, osiągając wartości naddźwiękowe, a następnie maleje i staje się stabilna. Nawiasem mówiąc, granice jego dystrybucji nie zostały jeszcze określone i czekają na swoich odkrywców.

Pomiary przeprowadzone na pierwszym statku międzyplanetarnym potwierdziły prawidłowe wnioski Y. Parkera. Nieco później astronomowie odkryli podobne wiatry gwiezdne w bezmiarze wielu galaktyk.

Jak pojawia się wiatr słoneczny?

Powodem pojawienia się strumienia składającego się z mieszaniny dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek jest plazma stale formująca się wewnątrz Słońca. Powstaje w wyniku niekończących się reakcji termojądrowej syntezy termicznej, ogrzewając środek gwiazdy do kilkudziesięciu milionów stopni Celsjusza. Ogrzany w ten sposób zjonizowany gaz szybko wydostaje się z warunkowo „ograniczonej objętości”, lecąc daleko poza granice naszego układu gwiezdnego.

Interesujący fakt: granice tej objętości wynikają z gigantycznych sił grawitacji, „jakby zatykających eksplozje wielu bomb wodorowych o nieograniczonej objętości”, wynikających z ogromnej wielkości naszego źródła światła. I jest 109 razy większy niż Ziemia. Rezultatem tego procesu jest podgrzanie korony słonecznej do miliona stopni Celsjusza, z powodu serii mikroeksplozji plazmy „uciekającej wolności”.

We wrześniu 2016 r. Amerykańskim naukowcom, którzy po raz pierwszy wykorzystali obserwatoria NASA STEREO, udało się wykryć proces występowania wiatru słonecznego. Zgodnie z ich stwierdzeniem to, co się dzieje, jest identyczne z uwalnianiem wody: najpierw strumień płynie w jednym strumieniu, a następnie rozpada się na oddzielne cząstki, które stają się coraz mniejsze, aż powstanie gazowa „chmura”.

Badanie zjawiska

Siedem lat przed Yu. Parker, zachodnioniemiecki astronom Ludwig Birman, badając strukturę ogonów komet, zasugerował istnienie promieniowania korpusowego ze Słońca, zwanego teraz wiatrem słonecznym. Strumień naładowanych cząstek, przedzierających się przez otwory koronalne (obszary na powierzchni naszej gwiazdy nie pokryte polem magnetycznym), wpada na otwartą przestrzeń.

Pierwszy pomiar parametrów technicznych wiatru słonecznego wykonano w radzieckiej międzyplanetarnej automatycznej stacji Luna-2 w 1959 r.

Trzy lata później amerykański satelita „Mariner-2” przeprowadził miesiące badań nad unikalnym zjawiskiem kosmicznym. Dalsze badania były kontynuowane przez międzynarodową stację SOHO oraz szereg krajowych programów zarządzania - NASA, USA. Działalność naukowa w zakresie badania wiatru słonecznego rozszerzyła swoje horyzonty z powierzchni Słońca na samą krawędź układu gwiezdnego.

Prędkość wiatru słonecznego

Ogromnym zainteresowaniem naukowym i praktycznym jest pomiar, a także badanie praw ruchu przepływu plazmy wodorowej, która stanowi podstawę wiatru słonecznego.
Pierwotnie zjonizowane cząsteczki helu, wodoru, żelaza, krzemu, siarki i szeregu innych pierwiastków chemicznych poruszają się z prędkością 300-450 km / s.

Interesujący fakt: podczas rozbłysków słonecznych lub wyrzutów masy koronalnej prędkość przepływu wzrasta, nawet do 1200 km / s! Wiatr słoneczny zamienia się w „huragan słoneczny”, powodując cały zestaw unikalnych zjawisk naturalnych i fizycznych.

W przyszłości prędkość wiatru słonecznego strumienia wzrasta, osiągając 400 - 800 km / s w pobliżu Ziemi (tutaj kończy się jego przyspieszenie). 1 500 000 km / h (420 km / s) w regionie Marsa. W odległości do 10 miliardów km od źródła promieniowania prędkość ruchu cząstek naładowanych energią słoneczną wynosi około - 1 000 000 km / h (280 km / s). Ponadto pod wpływem ośrodka międzygwiezdnego słabnie.

Na dynamikę wiatru słonecznego wpływ mają dwa czynniki: siły przyciągania słońca i ciśnienie w strumieniu. Obliczenia, poparte praktycznymi badaniami (loty amerykańskiego Voyagera - 1, - 2 "i" Pioneer - 10, - 11 ") wykazały stałość prędkości odpływu przeciwnie naładowanych cząstek już poza orbitą naszej planety.

Rodzaje wiatru słonecznego

Natura zjonizowanego przepływu Słońca jest uporządkowana i dzieli się na dwa typy:

• spokojny (wolny lub szybki);
• oburzony.

Spokój - powoli

Powolny wiatr słoneczny występuje w trzewiach równika naszego źródła światła w okresach rozszerzalności cieplnej zjonizowanych gazów. Proces dynamiczny przyspiesza plazę koronalną do prędkości naddźwiękowych około 400 km / s. W swojej strukturze wolny strumień jest gęstszy i szerszy niż szybki.

Spokój - szybko

Otwory koronalne są miejscem narodzin szybkiego wiatru słonecznego. Przepływy tego wiatru mogą wygasać przez miesiące, „atakując” Ziemię z okresową rotacją Słońca trwającą 27 dni.

Oburzony

Przyczyną zaburzonych przepływów jest: manifestacja samego wyrzutu koronalnego, a także pojawienie się miejsc kompresji w przestrzeni międzyplanetarnej przed zbliżającymi się wyrzutami masy koronalnej lub szybkim wiatrem słonecznym.

Międzyplanetarna fala uderzeniowa

Pojawienie się kosmicznej fali uderzeniowej poprzedza: „Atak” szybkiego wiatru słonecznego na „powolnego brata”, Zderzenie naładowanego strumienia cząstek koronalnych z ziemską magnetosferą, eksplozja supernowej, zderzenie galaktyk.

Interesujący fakt: półtora miesiąca temu pojawiła się wiadomość, że NASA była w stanie zmierzyć siłę fali uderzeniowej wiatru słonecznego. Konsekwentne umieszczanie w przestrzeni 4 specjalnie wyposażonych, wyposażonych w niezbędny sprzęt, wieloskalowych satelitów; Amerykańscy badacze dosłownie „złapali” chwilę sukcesu naukowego. I podwójnie: w wyniku eksperymentu uzyskano dane o najwyższej dokładności dotyczące natury i parametrów ruchu cząstek słonecznych.

Fala uderzeniowa to obszar zderzenia szybko poruszającego się ośrodka (gazu) z pewną przeszkodą (na przykład: wiatr słoneczny z ziemską magnetosferą), generujący „przód” gwałtownej zmiany parametrów fizycznych przepływu przychodzącego (ciśnienie, gęstość, temperatura, poziom ładunku cząstek oraz szereg innych wskaźników).

Propagacja wiatru słonecznego w kosmosie

Oddalając się od swojego „przodka” - Słońca, wiatr osłabia się i przechodzi przez kilka obszarów granicznych. Pierwszy z nich jest usuwany ze źródła w odległości 95 AU (AU - jednostka astronomiczna równa średniej odległości Ziemi od Słońca i wynoszącej 149 598 100 ± 750 km).Tak zwana „granica fali uderzeniowej”. To na nią hamowanie wiatru słonecznego od prędkości naddźwiękowych.

Po przelocie kolejnych 40 jednostek AU przepływ zjonizowanych cząstek pod wpływem materii międzygwiezdnej zostaje całkowicie zahamowany. Granica hamowania określona przez procesy astrofizyczne nazywa się heliopauzą. Obszar przestrzenny ograniczony heliopauzą nazywa się heliosferą. Jego wymiary nie są takie same:

• 73 a.u. od strony południowej;
• 85 a.u. od strony północnej.

Dane astrofizyczne uzyskano dzięki wystrzeleniu 2 amerykańskich statków kosmicznych z serii Voyager, zaprojektowanych do badania granic układu słonecznego. Niedawno Voyager 2 potwierdził dane Voyager 1.

Wiatr słoneczny i ziemia

Ciągle zmieniające się strumienie wiatru słonecznego mogą z łatwością zniszczyć całe życie na powierzchni Ziemi. Aby zabezpieczyć się przed taką „potężną bronią” istnieje „niezawodna tarcza” w postaci magnetosfery. Parzystość tej konfrontacji jest dość zmienna i często powoduje burze geomagnetyczne. Nic dziwnego, że w 1990 roku termin „pogoda kosmiczna”, który głównie odzwierciedla obecny stan ziemskiego pola magnetycznego, stał się istotny.

Twórcą nauki o heliobiologii, badając wpływ naszego oświetlenia na funkcje życiowe organizmów lądowych, był sowiecki naukowiec A. L. Chizhevsky. Dzięki niemu i wielu innym badaczom udało się wyjaśnić wzorce wpływu różnic aktywności słonecznej na organizm ludzki, zwiększyć i zmniejszyć plon uprawianych roślin oraz pomnożyć i zmniejszyć populacje ptaków, ryb i zwierząt.

Odkryto i zbadano cykliczność okresów oddziaływania Słońca na Ziemię. Regularne raporty o poziomie aktywności tła geomagnetycznego stały się powszechne. Osoby cierpiące na choroby przewlekłe dysponują niezbędnymi informacjami, aby we właściwym czasie przyjąć odpowiednie leki. Współczesna produkcja roślinna i hodowlana jest również „uzbrojona” w wiedzę w celu jak najbardziej optymalnego prowadzenia działalności.
Ciekawostka: Według obserwacji N. S. Shcherbinsky'ego częstotliwość przybycia szarańczy na pola pokrywa się z 11-letnim rytmem Słońca.

Nauka idzie naprzód i wzywa młodych. Dziś każdy z nich może otrzymać specjalizację heliobiologa po ukończeniu specjalistycznej uczelni wyższej.

Zjawiska naturalne wywołane wiatrem słonecznym

Latający wokół Ziemi wiatr słoneczny powoduje wiele naturalnych zjawisk. Wśród nich: burze magnetyczne, zorza polarna, pasy promieniowania planety. Nie tak dawno temu pojawił się wzorzec wzrostu liczby błyskawic w wyniku wzrostu przepływu zjonizowanych cząstek naszej gwiazdy.

Istnieje wiele zjawisk geofizycznych generowanych przez wiatr słoneczny. W wielu miejscach wzrośnie produkcja radonu gazowego z powierzchni ziemi, co może prowadzić do wzrostu radioaktywności w atmosferze. Istnieje korelacja między aktywnością Słońca a wzrostem liczby trzęsień ziemi. Burza magnetyczna znacząco zmienia pole elektryczne na powierzchni Ziemi i prowadzi do skoków ciśnienia atmosferycznego.

Zagrożenie przez wiatr słoneczny

Silne emisje z powierzchni oprawy zakłócają komunikację radiową, zakłócają działanie komputerów, powodują awarie sieci inżynierskich i generują „szkodliwe” prądy elektryczne w metalowych konstrukcjach i urządzeniach.

Zagrożenia atakami wiatru słonecznego, prowadzącymi do wielu problemów, spowodowały potrzebę uważnej obserwacji i przewidywania sztormów magnetycznych na naszej planecie. Usługi meteorologiczne na całym świecie są wyposażone w niezbędny sprzęt i stale sygnalizują fluktuacje tła magnetycznego Ziemi. Opracowano technologię identyfikującą przyszłe ogniska aktywności sejsmicznej i ostrzegającą populację przed bezpośrednim niebezpieczeństwem.

Interesujący fakt: Istnieje hipoteza naukowa o występowaniu wody na powierzchni Księżyca w wyniku ekspozycji na wiatr słoneczny.Wykrywanie cieczy rodzi nadzieję i optymizm w perspektywach przyszłego rozwoju najbliższego kosmicznego „sąsiada”.

Perspektywy wykorzystania wiatru słonecznego

W świetle wszystkich istniejących cech tak wyjątkowego kosmicznego zjawiska, jak wiatr słoneczny, znalezienie praktycznych zastosowań staje się bardzo interesujące.
Pionierem w tworzeniu tak zwanego „żagla elektrycznego”, „żagla słonecznego” (statku kosmicznego poruszającego się pod wpływem energii naładowanych cząstek wiatru słonecznego) był fiński naukowiec - Pekka Janhunen.

Wiosną 2013 roku estoński satelita ESTCube-1 wyposażony w to urządzenie został wypuszczony na orbitę. Niestety próba nie powiodła się, ponieważ żagiel nie mógł się otworzyć.

Istnieją inne kuszące projekty: wykorzystanie strumieni materii koronalnej do przesyłania informacji lub stworzenie „jonostacji” na orbitach planet w celu wytworzenia energii elektrycznej.

Przyszłość naszego słońca

Analiza naukowa daje prognozę na 5 miliardów lat istnienia naszego źródła światła. Tracąc co sekundę do 600 milionów ton wodoru, jest skazany na stanie się najpierw czerwonym olbrzymem, a następnie białym karłem. Po drodze wyczerpał wszystkie swoje rezerwy energii w postaci wodoru i helu. Najbardziej nieprzyjemną rzeczą jest to, że stale rozszerzające się Słońce stopi Merkurego, Wenus i prawdopodobnie Ziemię. W każdym razie życie na planecie całkowicie zniknie.

Tak więc ludzkość musi myśleć o swojej przyszłości i organizować przesiedlenia na inne światy poza naszym Układem Słonecznym. To nieuniknione. Wielkie umysły: rosyjski naukowiec Tsiolkovsky, brytyjski astrofizyk Stephen Hawking, mówił bezpośrednio o tym. Księżyc, Mars, Ceres, Pluton - lista potencjalnych kolonii się powiększa. Więc: „Niech wiatr słoneczny wali w żagle statków kosmicznych ziemian, szturmując bezmiar wszechświata!”