Солнечный вітер, особливості міжпланетного простору (Сонце – Планеты)

року міністерство освіти РФ.

Санкт-Петербурзький державний электротехнический.

університет «ЛЭТИ» їм. В.І. Ульянова (Ленина).

Кафедра ИЗОС.

Реферат по екології на тему:

" СОНЯЧНИЙ ВІТЕР, ОСОБЛИВОСТІ МЕЖПЛАНЕТНОГО.

ПРОСТОРОМ (СОНЦЕ — ПЛАНЕТИ) «.

Работу виконав: Локсеев К.О.

ФКТИ, 3311 группа.

Роботу перевірив: Бійців А.А.

Санкт-Петербург.

2004 г.

З Про Д Є Р Ж, А М І Е.

1. ЗАПРОВАДЖЕННЯ… 3.

2. СОНЯЧНИЙ ВІТЕР, ОСОБЕННОСТИ.

МЕЖПЛАНЕТНОГО.

ПРОСТОРОМ (СОНЦЕ — ПЛАНЕТИ)… 3.

2.1. СОНЦЕ… 3.

2.2. ЗЕМЛЯ… 7.

2.3. КОМЕТЫ… 11.

2.3.1. Поверхня кометної ядра як джерело газового потоку… 13.

2.3.2. Фізичні процеси серед газу, истекающего із поверхні кометної ядра…

2.3.3. Математична модель закінчення газу від комет…

2.3.4. Взаємодія кометних ионосфер з сонячним ветром…

2.3.5. Що передбачила теорія перед полетами.

космічних апаратів до комети Галлея.

у березні 1986 року… 20.

2.4. ПЛАНЕТИ… 24.

3. ВИСНОВОК… 25.

4. ЛІТЕРАТУРА… 26.

— 2;

1.

ВВЕДЕНИЕ

.

Здається, у світі немає нічого більш постійного, ніж Сонце. Спостережувані віддавна плями на диску Сонця комусь здавалися курйозом, а комусь — підступами диявола. Лише ХІХ столітті зазначалося, що після появи сонячних плям Землі посилюються полярні сяйва і реєструються коливання геомагнітного поля — магнітні бурі. На початку XX століття видатний російський учений А. Л. Чижевський (1897−1964) вперше висловив ідею вплив сонячної активності на неживої світ, біосферу і соціальні процеси та назвав її «космічної погодою ». Оскільки фізичні основи такого впливу тоді були цілком невідомі, погляди Чижевського багато хто вважав близькими до містицизму. Це трагічно позначилося долі вченого, яке основні праці було видано тільки через багато років значиться. Нині завдяки космічних досліджень природа нашої залежність від Сонця стала зрозумілішою, а попередження вплив сонячних спалахів і магнітних бур на стан здоров’я дитини і працездатність технічних систем стали частиною нашого жизни. 5].

2. СОНЯЧНИЙ ВІТЕР, ОСОБЛИВОСТІ МЕЖПЛАНЕТНОГО.

ПРОСТОРОМ (СОНЦЕ — ПЛАНЕТЫ).

2.1 СОЛНЦЕ.

Сонячний вітер — безперервний потік плазми сонячного походження, поширюється приблизно радіально від поверхні Сонця і яким заповнюють собою у Сонячній системі до гелиоцентрический відстаней порядку 100 а.є. С.в. утворюється під час газодинамическом розширенні сонячної корони в міжпланетне пространство.

Перші свідоцтва існування С.в. отримані Л. Бирманом (ФРН) в 1950;х рр. з аналізу сил, діючих на плазмові хвости комет. У 1957 р. Ю. Паркер (США), аналізуючи умови рівноваги речовини корони, показав, що корона неспроможна в умовах гідростатичного рівноваги, як це раніше передбачалося, а повинна розширюватися, і це розширення при наявних граничних умовах має спричинить розгону коронального речовини до надзвукових скоростей.

Середні характеристики С.в. на орбіті Землі: швидкість 400 км/с, щільність протонів — 6 на 1 куб. см, температура протонів 50 000 До, температура електронів 150 000 До, напруженість магнітного поля 5· 10−5 эрстед.

— 3;

[pic].

Потоки С.в. можна розділити на два класу: повільні - зі швидкістю прибл. 300 км/с і швидкі - зі швидкістю 600−700 км/с.

С.в., що виникає над областями Сонця з різноманітною орієнтацією магнітного поля, утворює потоки з різна орієнтованим міжпланетним магнітним полем — т.зв. секторную структуру міжпланетного магнітного поля.

Міжпланетна секторная структура — цей поділ що спостерігається великомасштабної структури С.в. на чётное число секторів з різними напрямом радіального компонента міжпланетного магнітного поля. Характеристики С.в. (швидкість, температура, концентрація частинок та інших.) й у середньому закономірно змінюються в сечении кожного сектора, що пов’язані з існуванням всередині сектора швидкого потоку С.в. Кордони секторів зазвичай розміщуються всередині повільного потоку С.в. Найчастіше спостерігаються чи чотири сектори, обертових разом із Сонцем. Ця структура, що настає при витягуванні С.в. великомасштабного магнітного поля корони, можна спостерігати протягом кількох оборотів Сонця. Секторная структура є наслідком існування токового шару в міжпланетної середовищі, що обертається разом із Сонцем. Токовый шар створює стрибок магнітного поля: вище шару радіальний компонент міжпланетного магнітного поля має один знак, нижче — інший. Токовый шар розташовується приблизно площині сонячного екватора і має складчасту структуру. Обертання Сонця призводить до закручування складок токового шару у спіралі (т.зв. «ефект балерини »). Перебуваючи поблизу площині екліптики, спостерігач виявляється то вище, то нижче токового шару, завдяки чому потрапляє у сектори з різними знаками радіального компонента міжпланетного магнітного поля.

При обтіканні С.в. перешкоди, здатних ефективно відхиляти С.в. (магнітні поля Меркурія, Землі, Юпітера, Сатурна чи проводять ионосферы.

— 4- Венери й, очевидно, Марса), утворюється головна оговталася ударна хвиля. С.в. припиняється й розігрівається на фронті ударної хвилі, що дозволяє йому обтікати перешкода. Причому у С.в. формується порожнину — магнітосфера, форма і величину якої визначаються балансом тиску магнітного поля планети і тиску обтекающего потоку плазми. Товщина фронту ударної хвилі - порядку 100 км. Що стосується взаємодії С.в. з непроводящим тілом (Місяць) ударна хвиля немає: потік плазми поглинається поверхнею, а й за тілом утворюється поступово заповнювана плазмою С.в. полость.

На стаціонарний процес закінчення плазми корони накладаються нестационарные процеси, пов’язані з спалахами на Сонце. При сильних сонячних спалахи відбувається викид речовини з нижніх областей корони в міжпланетну середу. У цьому також утворюється ударна хвиля, яка поступово сповільнюється на своєму шляху через плазму С.в.

Прихід ударної хвилі до Землі призводить до стиску магнітосфери, після котрого зазвичай починається розвиток магнітної бури.

С.в. простирається до відстані прибл. 100 а.є., де тиск межзвёздной середовища врівноважує динамічний тиск С.в. Порожнину, заметаемая С.в. в межзвёздной середовищі, утворює гелиосферу. Дедалі Ширший С.в. разом із вмороженным до нього магнітним полем перешкоджає проникненню в Сонячну систему галактичних космічного проміння малих енергій і призводить до варіаціям космічного проміння великих энергий.

Явище, аналогічне С.в., встановлена і в деяких типів інших зірок (зоряний ветер). 7].

Потік енергії Сонця, живлений термоядерної реакцією у його центрі, до щастю, виключно стабільний, на відміну від більшості інших зірок. Велика його у результаті розширення зрештою випускається тонким поверховим шаром Сонця — фотосферой — як електромагнітних хвиль видимого і інфрачервоного діапазону. Сонячна стала (величина потоку сонячної енергії на орбіті Землі) дорівнює 1370 Вт/м2. Можна уявити, що у кожен квадратний метр Землі доводиться потужність одного електричного чайника. Усього Сонце можна буде замінити трохи більш ніж 1014 чайниками.

Над фотосферой розташована корона Сонця — зона, видима з Землі лише під час сонячних затемнень і заповнена розрідженій та гарячої плазмою з температурою мільйони градусів. Це найнестабільніша оболонка Сонця, в якої зароджуються основні прояви сонячної активності, що впливають Землю. Кошлатий вид корони Сонця демонструє структуру його магнітного поля — світні згустки плазми витягнуті вздовж силових ліній. Гаряча плазма, яка захлиналася з корони, формує сонячний вітер — потік іонів (який складається на 96% з ядер водню — протонів і 4% з ядер гелію — альфачастинок) і електронів, разгоняющийся в міжпланетне простір зі швидкістю 400−800 км/с.

Сонячний вітер розтягує і несе з собою сонячне магнітне полі. Це тому, що енергія спрямованого руху плазми у зовнішній короні більше, ніж енергія магнітного поля, і принцип вмороженности увлекает.

— 5- полі за плазмою. Комбінація такого радіального закінчення з обертанням Сонця (а магнітне полі «прикріплено «і для її поверхні) призводить до утворення спіральної структури міжпланетного магнітного поля — так званої спіралі Паркера. Сонячний вітер і магнітне полі заповнюють всю у Сонячній системі, отже, Земля й інші планети фактично вони перебувають в короні Солнца, испытывая вплив як електромагнітного випромінювання, але ще і сонячного вітру і сонячного магнітного поля.

Цікаво, що про існування сонячного вітру здогадалися ще до космічної ери щодо комет. Якби комети діяло лише світлове тиск Сонця, їх хвости було б спрямовані точно від поверхні Сонця. Американський учений Людвіг Бірман 1951 року виявив, що хвости комет відхилені загалом на виборах 4 градуси від рівня цього напрями. Таке відхилення можна пояснити лише наявністю потоку іонів і електронів — «вітру », «що дме «від поверхні Сонця зі швидкістю близько 400 км/с. Пізніше дані, отримані першими радянськими космічними апаратами «Місяць «в 1959 року, дозволили співробітнику Інституту космічних досліджень До. І. Грингаузу із колегами вперше експериментально знайти сонячний ветер.

Таке коротенько сучасне уявлення про стабільному Сонце. Повідомлення про сонячних плямах, помітних як помутнінь на фотосфері, стали, мабуть, першими історичними свідоцтвами сонячної мінливості. Попри те що, що факти спостереження окремих великих плям відомі з античних часів, їх «офіційне «відкриття датується 1611 роком, коли винахід телескопа дозволило розпочати постійні дослідження. У ХІХ століття німецький учений Рудольф Вольф, зібравши майже всі відомі згадування про плямах, виявив приблизно 11-річну періодичність їх появи (самі плями можуть існувати за кількома місяців). З того часу кількість плям, посчитанное по особливої формулі, — число Вольфа — служить основний характеристикою сонячної активності. Протягом років спокійного Сонця — в сонячний мінімум — плям у тому, тоді як у час максимуму сонячної активності число плям може становити кількох десятков.

Щоб осягнути причини сонячної активності, доведеться познайомитися ближче з магнітним полем Сонця. У період мінімуму активності конфігурація сонячного магнітного поля близька до дипольної навіть на форму магнітного поля Землі. Аби наблизитися до максимуму активності структура магнітного поля по недостатньо зрозумілих причин ускладнюється. Одною з найбільш гарних гіпотез говорить, що з обертанні Сонця магнітне полі хіба що навивается на нього, поступово занурюючись під фотосферу. Згодом, протягом раз сонячного циклу, магнітний потік, накопичений під поверхнею, стає таким великим, що джгути силових ліній починають выталкиваться назовні. Місця виходу силових ліній утворюють плями на фотосфері і магнітні петлі в короні, видимі як області підвищеного світіння плазми на рентгенівських зображеннях Сонця. Величина поля всередині сонячних плям сягає 0,01 тесли, на 100 разів більше, ніж полі спокійного Солнца.

— 6;

Інтуїтивно енергію магнітного поля можна пов’язати з довжиною і пишатися кількістю силових ліній: їх то більше вписувалося, що стоїть енергія. При підході сонячного максимуму нагромаджена на полі величезна енергія починає періодично вибуховим чином вивільнятися, расходуясь в напрямі прискорення і розігрів частинок сонячної корони. Різкі інтенсивні сплески короткохвильового електромагнітного випромінювання Сонця, супроводжують той процес, носять назва сонячних спалахів. На Землі спалахи реєструються в видимому діапазоні як невеликі збільшення яскравості окремих ділянок сонячної поверхні. Але вже перші виміру, виконані на борту космічних апаратів, показали, що помітним ефектом спалахів виявляється значне (до сотень раз) збільшення потоку сонячного рентгенівського випромінювання та енергійних заряджених частинок — сонячних космічного проміння. Під час деяких спалахів відбуваються також викиди значної кількості плазми і магнітного поля була в сонячний вітер — так званих магнітних хмар, які починають швидко розширюватися в міжпланетне простір, зберігаючи форму магнітної петлі з кінцями, котрі спиралися б на Сонце. Щільність плазми й розмір магнітного поля всередині хмари вдесятеро перевершують типові для спокійного часу значення цих параметрів в сонячному ветре.

Попри те що, що під час великої спалахи може виділитися до 1025 джоулів енергії (воістину астрономічна величина), загальне зростання потоку енергії в сонячний максимум невелике і не перевищує 0,1−0,2%. Можна сміливо сказати, що сонячна активність — це лише гримаса чистою і спокійному сонячному диску, обогревающем Землю. Та само як вираз особи дозволить іноді поранити болючіше, ніж якесь його, так і міжпланетне простір і зв’яже околиці Землі дуже чутливі до сплескам сонячної активності та його проявам в міжпланетному просторі - сонячним космічним променям, магнітним хмарам, коротковолновому електромагніт ному випромінюванню. Подивимося, що земля може протиставити в свій захист. [5].

2.2 ЗЕМЛЯ.

Якщо основна потік сонячного випромінювання в видимому і інфрачервоному діапазоні необхідний існування біосфери, то сонячне рентгенівське і ультрафіолетове випромінювання згубно для живої матерії. На щастя, майже всі воно поглинається ще атмосфері Землі при іонізації її верхніх верств. Що Настає після цього на висотах від 80 до кілька сотень кілометрів оболонка, у якій плазма сусідить з нейтральними атомами і молекулами, називається іоносферою. Іоносфера — найближчий до поверхні Землі шар, проводить електрику. Вона лежить на жіночих ізоляторі - нейтральній атмосфері. На відміну, наприклад, від сонячного вітру, іоносфера «вміє «проводити струм впоперек силових ліній магнітного поля. Цю здатність створюють часті співудару іонів і електронів з нейтральними атомами, було багато присутніми на таких висотах. Зіштовхуючись, заряджені частки меняют.

— 7- напрямок руху й переходять від однієї силовий лінії в іншу, руйнуючи їх изоляцию.

Від потоку сонячних космічного проміння і сонячного вітру Землю захищає магнітний щит. Хоча цю оболонку неможливо побачити, люди здавна користувалися земним магнітним полем визначення напрями з допомогою компаса. Після здогади жив XVI столітті англійського фізика Вільяма Гільберта, що земля — величезний магніт, з’ясувалося, що геомагнітне полі існує й навколоземному просторі. Коли його поверхні величина магнітного поля становить (3−5)ґ10−5 тесли, залежно від широти місця виміру, те з видаленням від Землі магнітне полі слабшає пропорційно третього ступеня відстані і незабаром стає досить слабким, щоб відчувати вплив міжпланетної среды.

Сонячний вітер у орбіти Землі дуже розріджене і непостійна — середня концентрація частинок у ньому становить близько 1−10 см-3, швидкість — 250−1000 км/с, величина міжпланетного магнітного поля — (1−10)ґ10−9 тесли. Оскільки заряджені частки неохоче змінюють силові лінії магнітного поля, потік сонячного вітру не змішується з геомагнитным полем і околоземным плазмовим населенням, а обтікає їх, створюючи геомагнитную порожнину — магнітосферу Землі. Кордон магнітосфери — магнитопауза — проходить там, де тиск сонячного вітру зрівнюється тиском геомагнітного поля. У соняшникової точці, вона перебуває у середньому становив відстані дев’яти радіусів Землі (55−60 тисячі кілометрів) від неї центру. Повне зусилля, яке сонячний вітер надає на магнітосферу, мізерно, воно приблизно дорівнює вазі води у великому басейні, але з тих щонайменше зовнішні області магнітосфери, заповнені слабким геомагнитным полем, сильно спотворені щодо початковій — дипольної - форми. З боку Сонця (денний боку) магнітосфера сплющується, і з протилежної - нічний — витягується, створюючи магнітний хвіст, тягнеться на сотні радіусів Землі, понад мільйон кілометрів. Позаяк потік сонячного вітру надзвуковою, та над магнітосферою, як перед сверхзвуковым літаком, утворюється ударна волна.

Зовнішня магнітосфера містить розріджену (менш 1 см-3) плазму сонячного і ионо-сферного походження, нагріту до мільйонів і сотень мільйонів градусів. Але у таких низьких плотностях поняття температури як заходи теплоти об'єкта, що у термодинамическом рівновазі, позбавляється сенсу і тоді замість температури використовують величину середньої енергії заряджених частинок, виражену в электрон-вольтах (еВ). Частка з одиничним зарядом набуває (чи втрачає, залежно від знака заряду) один електрон-вольт енергії, пройшовши різницю потенціалів 1 У. Температура плазми у тих одиницях становить від 1 до 100 килоэлектронвольт (кэВ).

Попри те що, що — повна маса гарячих частинок зовнішньої магнітосфери становить близько тонни, їх роль побудові магнітосфери дуже важлива. Тільки найпростіші конфігурації магнітного поля типу дипольної можуть існувати у просторі власними силами, у створенні ж складних форм, до яких належить і магнітосфера, відповідно до рівнянням Максвелла, должны.

— 8- брати участь електричні струми. Таку замкнуту систему струмів, поточних по більшу частину у місцях різких змін напрями магнітного поля — навколо Землі вздовж магнитопаузы (струм Чепмена-Ферраро), впоперек магнітного хвоста та інших, і формують частки плазмы.

У цілому нині вплив сонячного вітру на магнітосферу досить сильно, але її форма викривленого диполя завжди зберігається. Оскільки частки легко пересуваються вздовж силових ліній магнітного поля, особливості різних областей магнітосфери проектуються вздовж ліній та малі висоти, в іоносферу. Силові лінії з віддаленіших областей підходять до Землі в ближчих до полюсів районах. Приполярні райони — «полярні шапки «- завжди заповнені так званими «відкритими «силовими лініями, інший край яких в міжпланетне простір. Дедалі більше близькі до екватору силові лінії замкнуті, і обоє їх кінця наштовхуються на Землю. Лінії, найбільш віддалені точки яких у околицях магнитопаузы й у магнітному хвості - найдинамічніших областях магнітосфери, сильно реагують на зміни у сонячному вітрі, підходять до Землі в зонах з так званого аврорального овалу, розташованих на 65−72 градусах магнітної широти. (Тут слід пам’ятати, що магнітні полюси зміщено щодо географічних і південний магнітний полюс перебуває в півночі канадського архіпелагу, у точці з координатами 71° північної широти і між 265° довготи). У екваторіальній області привертає Землі підходять лінії з стабільнішої внутрішньої магнітосфери, зберігає дипольную конфігурацію поля.

Вищеописана схема магнітосфери була вперше запропонована американськими фізиками Сідні Чeпменом і Винцентом Ферраро в 30-х роках ХХ століття. Вона вдало описувала форму магнітосфери, але з могла пояснити раптових відхилень геомагнітного поля від своєї постійного значення. Такі відхилення історично називають геомагнітної активностью.

Більше близька до реальності виявилася запропонована в 1961 року британським ученим Джеймсом Данжи модель «відкритої «магнітосфери, яка враховувала взаємодія геомагнітного і міжпланетного магнітних полів. Відповідно до цієї моделі, коли напрям міжпланетного магнітного поля стає протилежним напрямку геомагнітного поля на денний боці, починається процес з так званого пересоединения. При зближення протилежно спрямованих силових ліній магнітне полі звертається до нуль і принцип вмороженности порушується. З «замкнутої «геомагнітної лінії «вільної «лінії міжпланетного поля утворюються дві «відкриті «силові лінії, які вже самим кінцем починаються Землі в полярною шапці, іншим — йдуть у міжпланетне простір. Пересоединение «вигідно «з енергетичної погляду, оскільки сумарна довжина силових ліній зменшується. Потік сонячного вітру зносить «відкриті «лінії на нічну бік. Тут протилежно спрямовані лінії знову зближуються, і процес нічного пересоединения відтворює лінії сонячного вітру і замкнуті геомагнитные лінії, що поступово повертаються на денну бік. У цьому магнітосфера і іоносфера виявляються втягнутими в круговорот — глобальну конвекцию. Интенсивность.

— 9- конвекції залежить від розміру й напрями міжпланетного поля, і навіть швидкості сонячного вітру, визначальною «кількість «його силових ліній, падаючих на магнитопаузу. Оскільки геомагнітне поле, на екваторі спрямоване північ, «відкриває «магнітосферу «південне «напрям міжпланетного поля. Коли її напрям «північне », процес пересоединения не відбувається і магнітосфера «закрита » .

Швидкість пересоединения на нічний боці зазвичай менше, ніж денний, у хвості магнітосфери відбувається накопичення відкритих силових ліній і, отже, магнітної енергії. Розмір полярною шапки зростає, і зона аврорального овалу зсувається ближче до екватора сталася на кілька градусів. Невдовзі (1 — 2 години) магнітний хвіст, «переповнений «магнітним полем, втрачає стійкість, процес пересоединения на нічний боці приймає вибуховий характер, і поза кілька хвилин надлишкові силові лінії скидаються. Цей циклічний процес називається магнитосферной суббурей і супроводжується значним обуренням всій зовнішній магнітосфери Землі. Фактично відбувається обрив частини магнітного хвоста, яке залишок поджимается до Землі. Саме тоді частина плазми зовнішньої магнітосфери стає «зайвої «і по силовим лініях в авроральную зону іоносфери. Тут енергійні іони і електрони зіштовхуються з нейтральними атомами і зовсім змушують їх випускати фотони. Саме такими виникають чудові за своєю красою полярні сяйва (auroras borealis — латиною), дали свою назву авроральной зоне.

Інший важливий слідство суббури — зміни у системі магнитосферных струмів. При «відриві «магнітного хвоста електричний струм, в нормальних умовах поточний впоперек хвоста, змушений оминути цей розрив через іоносферу, використовуючи «резервну ланцюг »: вздовж силових ліній до Землі, потім вздовж авроральной зони іоносфери і навпаки в хвіст. Сила виникає при цьому іоносферного струму — электроджета — становить понад мільйона ампер, а магнітне полі, наводимое їм у землі в авроральной зоні, вносить суттєві, до 10−6 тесли (2% величини стабільного поля), варіації в геомагнітне полі. Поруч із полярними сяйвами поява варіацій служить основною ознакою початку суббури, які величина, звана індексом АЕ, — головною характеристикою сили суббури.

Напрям міжпланетного магнітного поля постійно змінюється є або менш випадково, тому «рядові «суббури, пов’язані з «південними «полями, трапляються кілька разів на добу, незалежно від поточної сонячної активності. Більш відомі широкому читачеві магнітні бурі реєструються рідше. Вони безпосередньо пов’язані з спалахами сонячної активності, а точніше, з потраплянням Землі в зони аномально інтенсивного сонячного вітру і в міжпланетні магнітні хмари. Величина поля була в магнітному хмарі у орбіти Землі зростає до 50−100 нанотесла (1нТл = 10−9 Тле), а швидкість сонячного вітру — до 1000 км/с. Ефект збільшення подібний до зміні легенького вітру на ураган. Інтенсивність магнітного пересоединения на денний боці зростає на порядок, наводячи до розростання області, займаній полярною шапкою. У час сильної бурі мощнейшие.

— 10;

магнитные суббури йдуть одна одною, а авроральная зона розширюється до поміркованих широт. Конвекція, колись непомітна і натомість вибухових процесів в хвості, починає домінувати, обурюючи внутрішню магнітосферу і створюючи кільцевої струм, оперізувальний Землю в розквіті 20−30 тисяч кілометрів. У його поверхні струм створює магнітне полі, спрямоване протилежно основному геомагнитному. Амплітуда реєстрованого в результаті зменшення повного поля називається Dst-индексом і є основний характеристикою сили магнітної бурі. Так, під час найбільшої бурі цього сонячного максимуму, що розігралася 31 березня 2001 року й тривала більше доби, індекс Dst становив _358 нТл, а полярні сяйва спостерігалися навіть у Москві. Енергія, выделившаяся тоді магнітосфері Землі, становила близько 5ґ1017 Дж, що одно енергії вибуху 100 мегатонн тротилу. [5].

|Солнечный вітер поблизу орбіти Землі: | | | |Швидкість | |400 — 700 | |км/с | | | |Температура | |5 · 10 4 — 5 · 10 5 | |До | | | |Магнітна індукція | |10 -9 — 10 -8 | |Тле | | | |Концентрація | |1 — 10 | |1/см3 | | | |Потік маси | |10 8 — 10 10 | |кг/с | | | |Потік енергії | |10 19 | |Вт | | |.

2.3 КОМЕТЫ.

На фресці відомого італійського художника Джотто ді Бондоне «Поклоніння волхвів «(1303) помітні зображену на небі хвостату комету (рис. 1). |[pic] | |Рис. 1. Зображення хвостатої комети | |(може бути комети Галлея) на | |фресці знаменитого італійського | |художника Джотто «Поклоніння волхвів «| |(1303) | |-11- |.

Деякі сучасні не сумніваються, що Джотто зобразив чергове проходження поблизу Землі в 1301 року досить активної комети, названої кометою Галлея на вшанування англійського астронома Едмунда Галлея (1656−1742), вычислившего 76-річний період його обертання навколо Сонця й напророчив її чергове поява поблизу Землі в 1758 року. З картин художників можна отримати візуальні історичні докази появи комет поблизу орбіти Землі у ті давні часи, коли ще було ні спектрофотометрических досліджень з допомогою наземних телескопів, ні тим більш досліджень з допомогою космічних апаратів. Висновок космічних апаратів межі земної атмосфери дозволив ученим проводити як дистанційні спектрофотометрические дослідження комет в усьому діапазоні хвильових частот, а й прямі виміру фізичних параметрів поблизу їх поверхні. Цікаво, що став саме комета Галлея виявилася першою і кометою, що була досліджували у березні 1986 року за допомоги запущених до неї космічних апаратів «Джотто «(Європейське космічне агентство), «Вега- 1 «і «Вега-2 «(СРСР), «Суиссеи «і «Сакигаке «(Японія). Поблизу орбіти Землі, цебто в відстані близько 1 а.є. (астрономічна одиниця, чи відстань від Землі до Сонця), яскраві комети зазвичай складаються частину тричастинного: чудово видимого гігантського хвоста, надзвичайно маленької розміру (проти хвостом) і невидимого ядра і світної атмосфери, оточуючої ядро і званої комою комети. Кулі разом із ядром зазвичай називається головою комети. Попри щодо малі розміри, ядро є головним частиною комети. Кулі і хвіст утворюються як наслідок закінчення речовини з ядра кометы.

Якщо в телескоп не лише що що з’явилася комету, що знаходиться з відривом від поверхні Сонця в 3−5 а.є. і більше, можна побачити бліду, ледь підсвічену кулясту туманність. Із наближенням до Сонцю атмосфера комети стає дедалі та початок активнішої, збільшуючись у розмірах та по яскравості, змінюючи форму від кульової до овальної. Поступово в антисолнечном напрямі розвивається і його хвост.

По атмосферної активності комети відрізняються одна від друга. Багато комети, ядра яких багаті летючими речовинами, такі як CO2 і CO, починають виявляти активність вже в відстані від поверхні Сонця d[pic] 3 а.є. Комети, речовина яких у основному з молекул води (H2O), виявляють значну активність лише за d[pic] а.є. Природа ж взаємодії атмосфер комет зі надзвуковими потоками плазми від поверхні Сонця (з сонячним вітром) сильна мірою залежить від цього активності, яка, своєю чергою, визначається відстанню комети від поверхні Сонця і складом кометної ядра. Розрахунки довели, що атмосфера комети, ядро якої радіусом Rn = 1 км складається переважно з H2O, мало є на заваді течії сонячного вітру при d[pic] 4 а.є. Потік плазми сонячного вітру безперешкодно падає у разі на поверхню кометної ядра. Коли така комета перебуває в відстані d = 1 а.є. від Сонця, то ній, як результат сублімації речовини з його поверхні і наступного розширення розвивається настільки потужна атмосфера, що вона стає суттєвою перешкодою для течії сонячного вітру. У этом.

— 12- разі сонячний вітер відчуває кометную атмосферу з відривом, яке на 5−6 порядків розміру й більш може перевершувати розмір самого ядра кометы.

Слід зазначити, що структуру течії, виникає при обтіканні комет сонячним вітром, практично неможливо досліджувати наземними приладами. Це можна було зробити тільки з допомогою встановлених на космічних апаратах приладів, проводили прямі виміру поблизу комет. Саме у 2.3.5 проводиться порівняння деяких результатів експериментальних досліджень обтікання комети Галлея сонячним вітром, отриманих з допомогою космічних апаратів у березні 1986 року, з віщуваннями теории.

2.3.1. Поверхня кометної ядра як джерело газового потока.

Про взаємодії сонячного вітру з кометами можна казати лише тоді, коли комета має досить протяжну і щільну атмосферу. У цьому вся разі атмосфера повинна безупинно розширюватися в навколишній міжпланетний газ дуже низької тиску, оскільки маленьке кометне ядро має пренебрежимо малу гравітацію не може утримувати свою атмосферу в рівновазі. Основною причиною виникнення атмосфери є випаровування твердого речовини, з якого складається ядро, внаслідок його прогрівання сонячним випромінюванням. У цьому випаровування відбувається безпосередньо з твердого стану без переходу в рідку фазу (возгонка).

Оскільки кометне ядро майже невидиме з допомогою астрономічних приладів, то важливим видається побудова його теоретичних моделей. У час вважається, що ядро — це конгломерат кам’янистих частинок і замороженої кажана компоненти (що можуть бути молекули CO2, H2O, CH4 і т.п.). У ядрі крижані верстви з заморожених газів чергуються з пиловими верствами. Принаймні прогрівання сонячним випромінюванням гази (типу яка випаровується «сухого «льоду) минають назовні (в навколишній комету вакуум), захоплюючи за собою хмари пилу. Через війну ядро комети є джерелом газопилового потоку, яке витікає назустріч сонячному вітрі. Розглянемо спочатку кількісну модель закінчення потоку речовини із поверхні кометы.

Якщо брати, що сублімації відбувається равновесно, те, як знаємо з курсу фізики, справедливо рівняння Клапейрона-Клаузиуса |[pic] |(1) |.

де ns — концентрація молекул яка випаровується речовини, Ts — їх температура, k — стала Больцмана, NA — число Авогадро, L — прихована теплота випаровування, яка за написанні рівняння (1) вважається постійної величиною, а величина n0kT0 відповідає тиску пара при Ts = T0 (в деяких теоретичних моделях для ядер з замерзлого льоду H2O використовувалися значення n0 = 1,94 [pic]1019 см-3, T0 = 373 K, L = 5 [pic]1011 эрг/моль). З іншого боку, лежить на поверхні кометної ядра має виконуватися рівняння балансу енергії, яке за ряді спрощують припущень, і зокрема в припущеннях сферически-симметричного ядра і рівномірному його нагріванні (рівномірне нагрівання поверхні може бути при досить швидкому обертанні кометної ядра), матиме вид |[pic] |(2) | |-13- | |.

У рівнянні (2) [pic]- болометрическое альбедо, характеризує здатність поверхні відбивати падаюче її у випромінювання, [pic]- відстань від комети до Сонця (в а.є.), [pic]- сонячна стала, [pic]- излучательная здатність поверхні ядра в інфрачервоному діапазоні частот, [pic]- стала Стефана-Больцмана, [pic]- швидкість закінчення молекул із поверхні ядра внаслідок процесу сублімації. Фізичний сенс рівняння (2) залежить від балансі поглощаемой кометним ядром енергії падаючого сонячного випромінювання (ліва частина) і, отдаваемой ядром (перший член справа відповідає енергії електромагнітного випромінювання з поверхні нагрітого ядра, а другий член — енергії які покидають ядро молекул). Система рівнянь (1) і (2) перестав бути замкнутої визначення трьох невідомих величин [pic], [pic], [pic]. Тож у літературі часто використовується додаткове припущення, що швидкість закінчення молекул дорівнює швидкості звуку для ядер комет малим змістом пилу, тобто |[pic] |(3) |.

де [pic]и [pic]- удільні теплоємності при постійному тиску і обсязі відповідно, а [pic]- маса испарившейся молекули. Для комет з великим змістом пилу часто приймається співвідношення типу співвідношення (3), але з коефіцієнтом Ms < 1, що характеризує ставлення швидкості газу до швидкості звуку — зване число Маха.

Результат рішення системи рівнянь (1)-(3) при [pic]= 0,63, [pic]= 0,37 і [pic]= 5/4 представлений рис. 2, де [pic], [pic]и [pic]даны як функції відстані від поверхні Сонця d. Очевидно, що тільки з наближенням до Сонцю збільшується як швидкість закінчення, і концентрація молекул кометної речовини, тобто зростає кількість молекул, які покидають поверхню кометної ядра в одиницю часу (як побачимо надалі, цей параметр дуже важливий для проблеми взаємодії сонячного вітру з кометної атмосферою). |[pic] | |Рис. 2. Концентрація ns молекул яка випаровується з | |поверхні комети речовини, їх швидкість Vs і | |температура Ts як функції відстані d від поверхні Сонця| |-14- |.

2.3.2. Фізичні процеси серед газу, истекающего із поверхні кометної ядра.

Вивчення спектрів випромінювання кометної коми Демшевського не дозволяє з достатньої ступенем точності визначити розподіл параметрів газового потоку від комети як функції відстані від кометної ядра (швидкості, концентрації продуктів розпаду молекул кометної походження, їх температури тощо.). Навіть дослідження комети Галлея у березні 1986 року за допомоги космічних апаратів невідь що сильно просунули розуміння характеру закінчення речовини із поверхні комет, оскільки вдалося наблизитися до ядру комети на таке близьке відстань (порядку сотень кілометрів). Знання цих параметрів необхідне визначення характеру взаємодії кометної газу з сонячним вітром. Тому побудова газодинамических моделей такого течії є важливим задачей.

Переважна більшість моделей виходить із припущення сферическисиметричному закінченні кометної газу вакуум. У цьому рішення рівнянь газової динаміки допускає або скрізь сверхзвуковое протягом, або скрізь дозвуковое, якщо наявність пилу перестав бути істотним. У присутності ж пилової компоненти, як засвідчило американський аэродинамик Пробстейн, можливий перехід від дозвукового закінчення із поверхні ядра до надзвуковому перебігу далеко від неї. Тому майже переважають у всіх моделях того швидкість [pic]на поверхні ядра задається надзвуковою відповідно до рівнянням (3). Цьому припущенню сприяло що й те що комети Галлея витрата пилу досить малий, щоб спричинити газодинамическое протягом. Для розрахунку течії газу джерела, яким є кометне ядро, потрібно знання передусім хімічного складу истекающего газу та які у потоці хімічних реакцій, головними з яких є процеси фотодиссоциации і фотоионизации кометних молекул сонячної радіацією. Якщо, наприклад, кометне ядро є в основному лід H2O, то результаті хімічних реакцій серед утворюється одинадцять головних компонент: H2O, OH, H, O, H2, O2, H3O+, H2O+, OH+, O+ і H+. Облік 27 можливих реакцій під час вирішення газодинамических диференційних рівнянь для умов перебування комети на 1 а.є. від Сонця (див. рис. 2) призводить до розподілу концентрацій всіх компонент, зображеному на рис. 3a, б (малюнки взяті з [2]).

— 15- |[pic] | |Рис. 3. Теоретичні значення концентрацій | |всіх атомів і молекул (чи їх іонів (б), | |освічених з батьківських молекул води в | |результаті хімічних реакцій, як функції | |відстані r від кометної ядра |.

На рис. 3 видно, що за кілька десятків км від поверхні ядра кометний газ, створений у результаті випаровування та що був переважно з молекул води, має досить різноманітний склад. Хоча переважним газом продовжує залишатися испарившаяся вода (рис. За), для взаємодії з сонячним вітром важливо обставина, що газ стає ионизованным. Саме ионизованная компонента (очевидно на рис. 3б, переважати іонами є іони H3O+) найсильніше взаємодіє зі сонячним вітром. Це з тим, що заряджені частки (у разі кометні іони і протони сонячного вітру) зіштовхуються між собою набагато частіше, ніж нейтральні і заряджені, чи, як у фізиці, довжина вільного пробігу заряджених частинок за її зіткнення з зарядженими набагато меншою довжини вільного пробігу заряджених частинок при зіткнення з нейтральними. У цьому лише взаємодія кометних іонів з протонами сонячного вітру можна розглядати з урахуванням моделі суцільний середовища, цебто в основі рівнянь гидроаэромеханики.

Результати, надані рис. 3, одержані припущенні отсутствия.

— 16- пилової компоненти й у надзвукового закінчення газу з кометної ядра. Треба сказати, що спостереження комет свідчить про велику ступінь іонізації коми комет, ніж виходить в модельних розрахунках. Тож у теорії часто робляться додаткові гіпотези про інші механізмах іонізації, Не тільки про сонячному излучении.

Для проблеми взаємодії кометних атмосфер з сонячним вітром, що стали особливо актуальною у зв’язку з початком ери дослідження комет з допомогою космічних апаратів, важливим є будування спрощених математичних моделей розширення кометних атмосфер. Результати, показані на рис. 3, допомагають у вирішенні останньої проблеми, оскільки дають уявлення про головних компонентах истекающего із поверхні комети газа.

2.3.3. Математична модель закінчення газу від комет.

Щоб не ускладнювати математичну модель, описує протягом газу комі комет, будемо припускати, що це газ складається з нейтральних молекул з концентрацією nn (що можуть бути молекули H2O чи CO2, що характеризують склад даного кометної ядра) і іонів з концентрацією ni (очевидно на рис. 3, що можуть бути іони H3O+). Швидкість радіального розширення відповідних газів будемо позначати [pic]и [pic]. Тоді при припущенні про сферичної симетрії течії (див. 2.3.1) та деяких менших інших додаткових припущеннях (зокрема, при припущенні [pic]= [pic]= [pic]= const) з законів збереження кількості частинок у результаті розширення матимемо |[pic] |(4) |.

Тут [pic]- середнє час вільного пробігу нейтральній молекули для процесу іонізації, а [pic]- відстань від кометної ядра. Індексом [pic], як й у 2.3.1, зазначено значення відповідного параметра лежить на поверхні ядра. З (4) видно, що концентрація нейтральних молекул змінюється назад пропорційно квадрату відстані від ядра, як й належить при вільному сферически-симметричном розширенні із постійною швидкістю (ефекти іонізації для нейтральних молекул несуттєві при [pic]), а концентрація іонів змінюється назад пропорційно першого ступеня цього відстані (процеси фотоионизации призводять до утворення нових іонів, тобто до створення кожній точці течії їх источников).

Припущення у тому, що швидкість іонів дорівнює швидкості нейтралів, виправдано тим, що потік нейтралів, испаряющихся із поверхні комети, такий високий, що він захоплює у себе істотно менший потік іонів внаслідок процесів сутичок. Сталість ж швидкості приймається внаслідок надзвукового розширення газу (за досить великих надзвукових швидкостях єдина сила, діюча на природний газ, саме градієнт тиску, несуттєва). Тут слід зазначити, що у результаті розширення газ стає дедалі і більше розрідженим. Це спричиняє з того що на деякій відстані від ядра, визначеному формулою |[pic] |(5) |.

— 17- процеси сутичок між іонами і молекулами стають несуттєвими і вони поводяться як невзаимодействующие гази. Це дуже важливий для побудови моделі взаємодії кометних атмосфер з сонячним ветром.

2.3.4. Взаємодія кометних ионосфер з сонячним ветром.

Сонячний вітер є надзвуковою потік повністю ионизованного водню, що летить від поверхні Сонця загалом зі швидкістю 400 км/с і температурою кілька десятків тисяч градусів. У районі орбіти Землі концентрація протонів сонячного вітру дорівнює приблизно 10 см-3. Для потоку сонячного вітру розвинена кометная атмосфера є перешкодою, що викликає в ньому суттєві возмущения.

Цікаво, що нейтральна, яка ионизованная компоненти кометної газурізного впливають на сонячний вітер, про що вже згадувалося в 2.3.2. Взаємодія потоку кометних іонів з сонячним вітром відбувається у відповідність до взаємодією двох суцільних середовищ, тобто таку взаємодія можна описати у межах гідродинамічних рівнянь Эйлера [4]),. У результаті виходить картина течії, зображена на рис. 4. На цьому малюнку позначений: BS — головна ударна хвиля, якою сонячний вітер гальмується від надзвуковою швидкості до дозвуковій внаслідок його гальмування на кометному газі, а IS — внутрішня ударна хвиля, де надзвуковою потік кометних іонів (див. 2.3.3) гальмується до дозвуковых швидкостей як їх уповільнення потоком сонячного вітру. Сонячний вітер відокремлюється від потоків кометних іонів тангенциальным (іноді її називають контактним) розривом, позначених на рис. 4 через CD. Слід зазначити, що розриви BS, IS і CD утворяться тільки при взаємодії середовищ, які вважатимуться суцільними. Через контактний розрив що неспроможні просочуватися ні кометні іони і електрони в сонячний вітер, ні протони і електрони сонячного вітру у кометную іоносферу. На рис. 4 цього факту відображається тим, що лінії струму сонячного вітру і кометних іонів намальовані відхиленими цим розривом, стаючи паралельними поверхні. З математичної погляду на контактної поверхні виконуються умови рівності нулю нормальних компонент швидкості і рівність тисків обох ионизованных середовищ. Для визначення форми і кометоцентрического відстані до поверхні CD необхідно спрощене модельне уявлення, розглянуте в 2.3.3.

— 18- |[pic] | |Рис. 4. Качественная картина обтікання | |кометної атмосфери сонячним вітром. BS — | |головна ударна хвиля, створена | |сонячному вітрі, IS — внутрішня ударна | |хвиля, створена випливаюче газі іонів| |кометної походження, CD — контактна | |поверхню, яка відокремлює газ кометних іонів | |від потоків сонячного вітру. Штрихові лінії| |показують траєкторії нейтральних частинок | |кометної походження, Rc — відстань від| |кометної ядра, починаючи від якого | |нейтральні молекули комети стають | |незалежними від іонів |.

Яка ж роль нейтральних молекул, що випливають із кометної ядра, в проблеми взаємодії сонячного вітру з кометными атмосферами? Як згадувалося в 2.3.3, нейтральні молекули мають довжину вільного пробігу значно більше довжини вільного пробігу іонів за її взаємодії з сонячним вітром. У цьому кометні нейтрали можуть вільно проникати у сонячний вітер через контактну поверхню CD. Потік нейтральних молекул не вважається суцільний середовищем. На всієї трасі їх щодо сонячний вітер вони фотоионизуются сонячної радіацією. Їх фотоионизация у сфері поза контактного розриву CD призводить до того, що новоутворені іони захоплюють сонячним вітром, наводячи зміну маси, імпульсу і енергії останнього. Такий процес отримав назву «нагружение «сонячного вітру (цю назву закріпилося у зв’язку з тим, що маса кометної іона істотно перевершує масу протона). Отже, сонячний вітер поблизу комети є электронно-протонный газ (чи, відповідно до ухваленій у фізиці термінології, повністю ионизованную водневу плазму), який забруднене кометными ионами.

— 19;

Через війну взаємодія сонячного вітру з кометної атмосферою можна видати за гидродинамическое взаємодія надзвукового джерела іонів (комета) з поступальним сверхзвуковым потоком забрудненого кометными іонами сонячного вітру. Такий сценарій аналізованого фізичного процесу запропонований класичної роботі Бирмана, Бросовского і Шмідта [3].

2.3.5. Що передбачила теорія перед польотами космічних апаратів до комети Галлея у березні 1986 года.

Вчені, займалися вивченням комет, із яким нетерпінням чекали чергового появи поблизу Землі комети Галлея у березні 1986 року (востаннє її найбільше зближення з нашої планетою відбулося 1910 року). Це очікування пояснювалося і те, що з’явилася можливість дослідження комети при допомоги космічних апаратів, які мають пройти безпосередньої близькості її і провести прямі виміру перетворилася на її околиці, оскільки наземними засобами неможливо спостерігати обурення, які вносить кометная атмосфера в компоненти сонячного вітру, як і і обурення, внесені сонячним вітром в яка випливала кометную атмосферу.

Відсутність експериментальних даних із аналізованої проблемі привело до того що, і запуском космічних апаратів до комети Галлея у березні 1986 року центр тяжкості теоретичних досліджень з обтеканию кометних атмосфер сонячним вітром лежав у області пророцтв тих фізичних процесів, які мають знайти прилади з наближенням до комете.

Які самого явища пророкувала теорія? Як було викладено у 2.3.3, теоретичні розрахунки показали, що з обтіканні комети Галлея сонячним вітром повинні утворитися головна ударна хвиля BS, контактний розрив CD й внутрішня соціальність ударна хвиля IS (див. рис. 4). У цьому сонячний вітер повинен гальмуватися набагато раніше ударної хвилі BS (область IV на рис. 4) внаслідок його навантаження іонами кометної походження (див. 2.3.4), а кометоцентрическое відстань BS на 2−3 порядку величини може перевершувати таку ж відстань до контактного розриву CD. У сфері III (див. рис. 4) забруднений сонячний вітер досить різко розігрівається і вповільнюється під час переходу через головну ударну хвилю BS.

Якби підтверджувалася гіпотеза — про надзвуковому закінченні кометної газу із поверхні ядра, має утворитися також ударна хвиля IS в потоці кометних іонів. До цієї ударної хвилі (у сфері I на рис. 4) надзвуковою потік кометної газу не відчуває присутності сонячного вітру (наявність кордону CD відчуває лише дозвуковая область II на рис. 4). Кількісні оцінки реальних відстаней до поверхонь BS, CD і IS в сильної ступеня залежить від параметра G, характеризуючого кількість молекул, які покидають кометне ядро в одиницю часу. Цей параметр визначається за формулою |[pic] |(6) |.

З теорії було теж зрозуміло, що головна ударна хвиля виникає не як слідство обтікання сверхзвуковым потоком будь-якого перешкоди (наприклад, крила надзвукового літаки чи кордону розділу двох взаємодіючих суцільних середовищ CD, як у рис. 4), бо як результат гальмування сонячного вітру до дозвуковых швидкостей внаслідок захоплення новоутворених кометних іонів. З теоретичних розрахунків й оцінок величини G ~ 1030 с-1 для комети Галлея.

— 20- слід було, що головна ударна хвиля BS перебуває в відстані порядку 106 кілометрів від поверхні ядра, а контактний розрив CD — з відривом порядку 104 км.

На рис. 5 зображені траєкторії космічних апаратів «Вега-1 », «Вега- 2 », «Джотто », «Суиссеи «і «Сакигаке », пролетавших близько комети Галлея в березні 1986 року. Цікаво, що це апарати пролітали з подветренной боку (із боку набегающего на комету сонячного вітру), яка найкраще піддається теоретичним розрахунках. Як бачимо на рис. 5, найближче до комети пролетів апарат «Джотто «(відстань його найбільшого зближення Росії з кометою було виплачено близько 600 км), і він, очевидно, перетнув як головну ударну хвилю, і контактний розрив. Максимальне ж зближення апаратів «Вега «становило приблизно 8−9 тис. км, і вони, хоч і перетнули головну ударну хвилю, але з помітили перетину контактного розриву. Апарат «Суиссеи «перетинав лише головний ударну хвилю, оскільки відстань його максимального зближення Росії з кометою Галлея було приблизно 150 тис. км. |[pic] | |Рис. 5. Траєкторії космічних апаратів, які | |досліджували комету Галлея у березні 1986 року. CD — | |поверхню, зображена на рис. 4. |.

На рис. 6 порівнюються дані теоретичної моделі за становищем і формі головний ударної хвилі BS до різних значень параметрів, визначальних стан невозмущенного сонячного вітру під час перетину головний ударної хвилі апаратами «Суиссеи », «Вега-1 «і «Вега-2 «(відповідно 3, 6 і 9-те березня) і «Джотто «(14 березня). Очевидно дуже добре збіг пророцтв теорії та эксперимента.

— 21- |[pic] | |Рис. 6. Теоретичні становища | |головний ударної хвилі BS у березні 1986 | |року: 6 березня, у момент проходження повз| |комети Галлея апаратів «Вега «і | | «Суиссеи «(крива 1) і 14 березня у | |час проходження повз комети Галлея | |апарату «Джотто «(крива 2). На | |траєкторіях відповідних космічних| |апаратів відзначені моменти реєстрації | |BS встановленими ними приладами |.

На рис. 7 експериментальне розподіл швидкості сонячного вітру вздовж траєкторії «Суиссеи «порівнюється зі даними теорії (суцільна крива). Отримано також дуже добре збіг. Навіть стрибок швидкістю головний ударну хвилю (очевидно на рис. 7, цей стрибок було зафіксовано апаратом приблизно 15h UT) збігся в величині і за становищем на вихідний частини траєкторії «Суиссеи «(на вхідному ділянці прилад, измерявший швидкість, не работал).

— 22- |[pic] | |Рис. 7. Теоретичне (суцільна лінія) і | |експериментально обмірюване 8 березня 1986 року вздовж | |траєкторії «Суиссеи «(точки) зміна швидкості | |сонячного вітру (UT — всесвітній час) |.

Не все порівняння призводять до хорошому збігу. Найцікавіше представляють розбіжності, оскільки вони стимулюють теоретиків уточнювати модельні ставлення до фізиці що відбуваються близько комет явищ. Приміром, таке розбіжність має місце за матеріальним становищем контактного розриву CD (теоретично він перебуває від комети десь у півтора далі, ніж у експерименті). Це розбіжність можна, наприклад, пояснити впливом міжпланетного магнітного поля. З іншого боку, вчені, прилади яких стояли найбільш приблизившемся до комети Галлея апараті «Джотто », стверджують, що де вони виявили внутрішньої ударної хвилі IS.

Попри наявні кількісні розбіжності між теорією і експериментом, можна твердо стверджувати, що теоретичні ставлення до характері взаємодії сонячного вітру з кометными атмосферами був у основному правильними, що довели експериментальні дані, отримані з допомогою космічних апаратів у березні 1986 року. Цікаво, що ці за формальним становищем ударної хвилі близько комети Григга-Шеллерупа, отримані апаратом «Джотто «10 липня 1992 року (друга комета, з якою зустрівся апарат після зустрічі з кометою Галлея), було використано потім, щоб оцінити погано вимірюваний експериментально параметр, саме кількість молекул, які покидають поверхню в одиницю часу. Цей параметр визначається за формулою (6).

Слід зазначити, що взаємодія сонячного вітру з кометної атмосферою призводить до того, що кометні іони, які утворилися в західних областях I і II, відхиляються в хвіст комети. Але такі іони припадає лише незначну частину кометної хвоста. Потужний хвіст у активних комет, який часто бачимо і неозброєним оком, створюється переважно відхиленням кометних молекул у всіх галузях I-IV радіаційним тиском сонячного излучения. 1].

— 23;

2.4 ПЛАНЕТЫ.

Усі планети Сонячної системи постійно піддаються бомбардуванню потоком заряджених частинок; найбільшої сили вона, природно, сягає на Меркурії, трохи менше на Венері і Землі. Щоправда, на одиницю виміру площі їх поверхні припадає приблизно один млн раз менша потужність сонячного вітру проти електромагнітної радіацією Сонця, зате значно ефективніше у своїй разрушающем вплив на атмосфери планет.

Земля, за підрахунками К. Секи (K.Seki) та його колег з ЛосАламосской національної лабораторії (США) та Інституту космічних і астронавтических досліджень, у Канагаве (Японія), щосекунди втрачає з атмосфери менш 3 кг речовини, переважно водню (склад парламенту й точне кількість улетучивающегося газу коливається залежно від циклу сонячної активності). Це означає, що у повну втрату ЗемДей її атмосфери має піти понад 50 відсотків млрд років, а зникнення та Світової океану — ще 15 трлн років! Тим більше що тривалість життя. Сонця вбирається у «якихнибудь» 10 млрд лет.

Підсумкова втрата речовини будь-який планетою залежить від балансу між його парафією і відходом. Чим сильніше тяжіння небесного тіла, важче матерії «втекти». Дрібні тіла втрачають речовина куди активніше, ніж великі. Особливо це у комети, що йде на зближення з Сонцем: хоча її ядро в діаметрі лише кілька кілометрів, зате газовий хвіст сягає величезної довжини і видно іноді у нічний час навіть неозброєним оком. Але докладніші дослідження свідчать, що хвостів у комети насправді два: один — дифузійний та порівняно короткий, освічений дрібними порошинами, другий — довгий, світний сине-зеленоватым кольором, чітко структурований, породжений взаємодією сонячного вітру з дедалі ширшими газами кометної походження, які, наражаючись іонізації, розганяють до величезних скоростей.

Ці дві хвоста ілюструють дві різні процесу руйнації атмосфери — теплове і нетепловое «втеча» плазми. Близько Сонцю у планет із слабким тяжінням головний чинник втрати речовини — теплової, за умов ж потужного тяжіння він основний ролі звичайно грає (крім Меркурія, орбіта якого надто близько до Сонцю). Отже, ерозію атмосфери в багатьох планет викликає нетепловой процес. Подібно кометам, вони мають витягнуті сильно структуровані плазмові хвости, але ерозія йде тут значно пасивніші, і хвости для наземних оптичних телескопів залишаються невидимыми.

— 24;

Різний характер процесу втрати речовини планетами земного типу може пояснюватися відмінностями у складі, фізичних властивості їх атмосфер і особливостях їхній поверхні: Земля хіба що на дві третини покрита океаном; лежить на поверхні Венери панують високих температур при надзвичайно щільною атмосфері; на Марсі, можливо, колись існував океан… Але коли всі планети земного типу склалися з найдавнішої сонячної туманності — одного й того газово-пылевого хмари (тобто майже безсумнівно з урахуванням їхньої подібних мас і властивостей ядра), чом би їм надалі розвивалися неодинаково?

Частковий відповідь дає розбіжність у швидкості ерозії їх атмоі гидросфер. Найближчий до Сонцю Меркурій практично позбавлений летючих речовин, які давно вигнані потужним тепловим випромінюванням і потоком сонячного вітру. У Землі є могутнє магнітне полі, отклоняющее сонячний вітер набагато раніше його зустрічі з атмосферою (та незначна її втрата, яку зафіксував Січи із колегами, лише підтверджує надійність захисного властивості магнітного поля Землі). У Венери й Марса свого магнітного поля майже немає, тож їхні стосунки з сонячним вітром подібно наблюдаемому у комет. Про те, як йде втрата речовини у атмосфері Венери, наразі відомо обмаль, а й у Марса, відповідно до останніх вимірам, атмосфера втрачає близько 1 кг речовини в секунду; отже, приблизно 4 млрд років тому Червона планета можна було покрита шаром води завтовшки кілька метрів (за умови, що волога була розподілено рівномірно). Але це у разі, якщо процес втрати речовини йшов як і, як нині, проте, судячи за низкою ознак, давня щільніша і волога атмосфера втрачала речовина приблизно 10 раз интенсивней. Магнітне полі бою біля Марса колите було, але це зовсім зникло ще кілька мільярдів років тому я, залишивши планету напризволяще сонячного вітру — у результаті моря там зникли, а повітряна оболонка сильно поредела.

Серед фахівців давно точаться суперечки про причини настільки радикальних різниці між планетами земного типу. Спроба Січи та його колег зв’язати це з ерозією атмосфер і гидрбсфер з допомогою сонячного вітру — новий крок у цій галузі. [6].

3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Час підтвердило правоту слів А. Л. Чижевського у тому, що земля перебуває у «обіймах Сонця ». Потік сонячного вітру обтікає Землю, формуючи магнітосферу, а міжпланетне магнітне полі ж виконує функцію ключа, відкриває її й поєднує геомагнітне полі з сонячним магнітним полем. Сонячна активність, як настрій людини, передається Землі через ці обійми. З технічною погляду магнітосферу зручно уявити як сукупність електричних струмів, поточних по ланцюга, в якій різні області магнітосфери і іоносфери грають роль резисторів і конденсаторів. Оскільки движущееся.

— 25- магнітне полі створює динамо-эффект, магнітне з'єднання магнітосфери з міжпланетним магнітним полем, вмороженным в потік сонячного вітру, еквівалентно підключенню до нашій схемі ЭДС, рівної 50−100 кВ в спокійних умовах і зростаючій у кілька разів під час магнітних бур. Неважко підрахувати, що сьогодні середня потужність магнитосферной ланцюга (сумарна сила всіх струмів близька до 10 мільйонам ампер) становить близько 1012 ватів, що у порядку величини одно потужності всієї світової електроенергетики. Таким чином, Земля фактично перебуває десь посередині велетенської електроустановки. А які наслідки це наводить подібне сусідство для чоловіки й сучасної техніки — зовсім інша тема. [5].

|ЛИТЕРАТУРА | |[1|Баранов В. Б. Газодинамическое взаємодія кометних атмосфер з | |] |сонячним вітром // Соросівський Освітній Журнал. 1997. No 1. | |[2|Marconi M., Mendis D. // Astrophys. 1982. Vol. 260. P. 386. | |] | | |[3|Biermann L., Brosowski B., Schmidt H.U. // Solar Phys. 1967. Vol. 1.| |] |P. 254. | |[4|Баранов В.Б., Краснобаїв К.В. Гідродинамічна теорія космічної | |] |плазми. М.: Наука, 1977, c.336 | |[5|internet | |] | | |[6|Science. 2001. V.291. № 5510. P.1909, 1939 (США). | |] | | |[7|internet | |] | |.

— 26;