Это концепция художника о глобальном магнитном поле Земли с ударом изгиба. Земля находится в центре изображения, в окружении магнитного поля, представленного фиолетовыми линиями. Лук шок - синий полумесяц справа. Многие энергетические частицы в солнечном ветре, представленные золотом, отклоняются магнитным «щитом» Земли.
(Изображение: © Уолт Феймер (HTSI) / НАСА / Центр концептуальных изображений Центра космических полетов Годдарда)
Солнечный ветер направляет плазму и частицы от Солнца в космос. Хотя ветер постоянный, его свойства нет. Что вызывает этот поток, и как он влияет на Землю?
Ветреная звезда
Корона, внешний слой Солнца, достигает температуры до 2 миллионов градусов по Фаренгейту (1,1 миллиона градусов по Цельсию). На этом уровне сила тяжести Солнца не может удержаться на быстро движущихся частицах, и они уходят от звезды.
Активность Солнца меняется в течение его 11-летнего цикла, причем количество солнечных пятен, уровни радиации и выбрасываемый материал меняются со временем. Эти изменения влияют на свойства солнечного ветра, в том числе его магнитное поле, скорость, температуру и плотность. Ветер также различается в зависимости от того, откуда оно исходит и как быстро вращается эта часть.
Скорость солнечного ветра выше по корональным отверстиям, достигая скорости до 500 миль (800 километров) в секунду. Температура и плотность над корональными отверстиями низкие, а магнитное поле слабое, поэтому силовые линии открыты для пространства. Эти дыры встречаются на полюсах и в низких широтах, достигая максимума, когда активность на солнце минимальна. Температура при сильном ветре может достигать 1 млн. F (800 000 C).
В поясе корональной косы вокруг экватора солнечный ветер движется медленнее - около 200 миль (300 км) в секунду. Температура при слабом ветре достигает 2,9 млн. F (1,6 млн. C).
Солнце и его атмосфера состоят из плазмы, смеси положительно и отрицательно заряженных частиц при чрезвычайно высоких температурах. Но когда материал покидает солнце, переносимый солнечным ветром, он становится более похожим на газ.
«По мере удаления от Солнца напряженность магнитного поля падает быстрее, чем давление материала», - говорится в заявлении Крейга ДеФореста, физика Солнца из Юго-западного исследовательского института (SwRI) в Боулдере, штат Колорадо. «В конце концов, материал начинает действовать больше как газ, а не как магнитно-структурированная плазма».
Влияет на Землю
Когда ветер уходит от солнца, он несет заряженные частицы и магнитные облака. Испускаемый во всех направлениях, часть солнечного ветра постоянно защищает нашу планету с интересными эффектами.
Если материал, переносимый солнечным ветром, достигнет поверхности планеты, его излучение нанесет серьезный ущерб любой жизни, которая может существовать. Магнитное поле Земли служит щитом, перенаправляя материал вокруг планеты так, что он течет за ее пределами. Сила ветра растягивает магнитное поле так, что оно проникает внутрь на солнечной стороне и растягивается на ночной стороне.
Иногда солнце выплевывает большие всплески плазмы, известные как выбросы корональной массы (CME) или солнечные бури. Чаще встречающиеся в течение активного периода цикла, известного как солнечный максимум, CME имеют более сильный эффект, чем стандартный солнечный ветер. [Фотографии: потрясающие фотографии солнечных вспышек и солнечных штормов]
«Солнечные выбросы являются наиболее мощными факторами связи Солнца и Земли», - говорится на веб-сайте НАСА для Обсерватории солнечно-земных связей (STEREO). «Несмотря на их важность, ученые не до конца понимают происхождение и развитие СМЕ, а также их структуру или протяженность в межпланетном пространстве». Миссия STEREO надеется изменить это.
Когда солнечный ветер переносит CME и другие мощные вспышки излучения в магнитное поле планеты, это может привести к сжатию магнитного поля на обратной стороне, процесс, известный как магнитное переподключение. Заряженные частицы затем стекают обратно к магнитным полюсам планеты, вызывая прекрасные проявления, известные как северное сияние в верхних слоях атмосферы. [Фотографии: Удивительные сияния 2012 года]
Хотя некоторые тела защищены магнитным полем, другие не имеют защиты. Земной луне нечего защищать, поэтому он принимает на себя всю тяжесть. Меркурий, ближайшая планета, обладает магнитным полем, которое защищает ее от обычного стандартного ветра, но он принимает на себя всю силу более мощных вспышек, таких как CME.
Когда высокоскоростные и низкоскоростные потоки взаимодействуют друг с другом, они создают плотные области, известные как области совместного вращения (CIR), которые вызывают геомагнитные бури, когда они взаимодействуют с атмосферой Земли.
Солнечный ветер и заряженные частицы, которые он несет, могут воздействовать на спутники Земли и системы глобального позиционирования (GPS). Мощные импульсы могут повредить спутники или привести к отключению сигналов GPS на десятки метров.
Солнечный ветер волнует все планеты Солнечной системы. Миссия НАСА «Новые горизонты» продолжала обнаруживать его, когда он путешествовал между Ураном и Плутоном.
«Скорость и плотность усредняются вместе, когда солнечный ветер исчезает», - говорится в заявлении Хизер Эллиотт, космического ученого из SwRI в Сан-Антонио, штат Техас. «Но ветер все еще нагревается от сжатия во время движения, так что вы можете видеть свидетельство изменения солнечного вращения по температуре даже во внешней солнечной системе».
Изучение солнечного ветра
Мы знаем о солнечном ветре с 1950-х годов, но, несмотря на его обширное воздействие на Землю и на космонавтов, ученые до сих пор не знают, как он развивается. Несколько миссий за последние несколько десятилетий пытались объяснить эту тайну.
Миссия НАСА "Улисс", начатая 6 октября 1990 года, изучала солнце в различных широтах. Он измерял различные свойства солнечного ветра в течение более десятка лет.
Спутник Advanced Composition Explorer (ACE) вращается вокруг одной из особых точек между Землей и Солнцем, известной как точка Лагранжа. В этой области гравитация от Солнца и планеты тянет одинаково, удерживая спутник на стабильной орбите. ACE, запущенный в 1997 году, измеряет солнечный ветер и в реальном времени измеряет постоянный поток частиц.
Космический корабль-близнец НАСА, STEREO-A и STEREO-B, изучает край Солнца, чтобы увидеть, как рождается солнечный ветер. По словам НАСА, запущенный в октябре 2006 года, STEREO предоставил «уникальный и революционный взгляд на систему Солнце-Земля».
Новая миссия надеется пролить свет на солнце и его солнечный ветер. Запущенный NASA Parker Solar Probe, запуск которого запланирован на лето 2018 года, направлен на «прикосновение к солнцу». После нескольких лет тесного обращения вокруг звезды зонд впервые погрузится в корону, используя комбинацию изображений и измерений, чтобы революционизировать понимание короны и улучшить понимание происхождения и эволюции солнечного ветра.
«Parker Solar Probe собирается ответить на вопросы о физике Солнца, которые мы ломали голову более шести десятилетий», - говорится в заявлении ученого проекта Parker Solar Probe Никола Фокса из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. «Это космический корабль, нагруженный технологическими достижениями, который решит многие из самых больших загадок нашей звезды, включая выяснение, почему солнечная корона настолько горячее, чем ее поверхность».
Дополнительные ресурсы
- Солнечный ветер в реальном времени (NOAA / Центр прогнозирования космической погоды)
- Прогноз на 3 дня (NOAA / Центр прогнозирования космической погоды)
- Основные моменты недели и прогноз на 27 дней (NOAA / Центр прогнозирования космической погоды)
