Що таке сонячний вітер?
Щомиті Сонце випромінює в космос потік іонізованих частинок випускається зовнішнім шаром (сонячною короною) на величезній швидкості, що досягає 1200 км / с. Його нескінченні «вихори» оточують Землю, пронизують простір Сонячної системи, і навіть виходять далеко за її межі. Випускати його можуть всі зірки, і в такому випадку називається він зоряним вітром. Потік частинок Сонця також можна назвати зоряним вітром Сонця і помилки в цьому не буде.
Історія виникнення поняття
Наукове уявлення людини про навколишній світ постійно зазнає змін. Процес заперечення попередніх догм і понять дає можливість по-новому поглянути на існуючу дійсність.
Тривалий час наука вважала статичної корону будь-якої зірки. Тобто, сила тяжіння як би врівноважувала силу тиску ядерних і термоядерних вибухів, і не давала відпускати від себе в навколишній простір потоки розпеченої матерії.
Англійська геофізик і астроном Сідні Чепмен в своєму час створив і розвинув теорію стійкості сонячної атмосфери. Його гіпотеза розділила астрофізичної співтовариство. Все так і продовжувалося б до нашого часу. Однак знайшлася людина рішуче і безповоротно яка спростувала погляди знаменитого вченого.
Ім'я його - Юджин Ньюмен Паркер. Американський астрофізик завдав нищівного удару по концепції свого англійського колеги. Своїми піонерськими розробками він зміг довести незворотність закінчення матерії з корони. Більш того, з'ясувався дуже цікавий факт: у міру віддалення від Сонця швидкість сонячного вітру значно зростає, досягаючи надзвукових величин, потім знижується і стає стабільною. До речі, межі його поширення досі не визначені і чекають своїх першовідкривачів.
Заміри, проведені на перших міжпланетних космічних апаратах, підтвердили правильність висновків Ю. Паркера. Трохи пізніше, астрономи виявили аналогічні зоряні вітру на просторах ряду Галактик.
Як з'являється сонячний вітер?
Причиною появи потоку, що складається з суміші позитивно і негативно заряджених частинок, є постійно утворюється усередині Сонця плазма. Виникає вона в результаті нескінченно протікають реакцій термоядерного синтезу, що нагрівають центр зірки до декількох десятків мільйонів градусів за Цельсієм. Розігрітий таким чином іонізований газ, стрімко виривається з умовно «обмеженого обсягу», розлітаючись далеко за межі нашої зоряної системи.
Цікавий факт: Межі цього обсягу обумовлені гігантськими силами гравітації, «як би закупорюють вибухи безлічі водневих бомб внутріограніченного обсягу», що виникають внаслідок величезних розмірів нашого світила. А воно в 109 разів більше Землі. Підсумком процесу є нагрівання корони Сонця до мільйона градусів за Цельсієм, за рахунок серії мікровзривов «вирвалася на свободу» плазми.
У вересні 2016 року американським ученим за допомогою обсерваторій NASA STEREO вперше вдалося засікти процес виникнення сонячного вітру. Згідно з їхньою заявою, що відбувається ідентично викиду води: спочатку потік йде однією струменем, потім розпадається на окремі частинки, які стають все менше і менше, поки не утвориться газоподібний «хмара».
Вивчення явища
За сім років до Ю. Паркера західнонімецький астроном Людвіг Бірман, вивчаючи структуру хвостів комет, припустив існування корпускулярного випромінювання Сонця, званого зараз сонячним вітром. Потік заряджених частинок, прориваючись крізь корональні діри (райони на поверхні нашої зірки не закриті магнітним полем), спрямовується у відкритий космічний простір.
Вперше вимір технічних параметрів сонячного вітру було вироблено на радянської міжпланетної автоматичної станції «Луна-2» в 1959 році.
Через три роки американський супутник «Маринер-2» виконав багатомісячні дослідження унікального космічного явища. Надалі вивчення були продовжені міжнародної станцією SOHO і цілим рядом програм національного управління - НАСА, США. Наукова діяльність з вивчення сонячного вітру розширила свої горизонти від поверхні Сонця до самого краю зоряної системи.
Швидкість сонячного вітру
Великий науково-практичний інтерес представляє вимір, а також вивчення закономірностей руху потоку водневої плазми, що становить основу сонячного вітру.
спочатку іонізовані частинки гелію, водню, заліза, кремнію, сірки і ряду інших хімічних елементів рухаються, зі швидкістю 300-450 км / сек.
Цікавий факт: Під час сонячних спалахів або корональних викидів маси, швидкість руху потоку зростає, до 1200 км / сек! Сонячний вітер перетворюється в «сонячний ураган», що викликає цілий набір унікальних природно-фізичних явищ.
Надалі швидкість сонячного вітру потоку наростає, досягаючи 400 - 800 км / сек біля Землі (Саме тут закінчується його прискорення). 1 500 000 км / год (420 км / сек) в районі Марса. На відстані до 10 млрд. Км від джерела випромінювання швидкість руху сонячних заряджених частинок приблизно становить - 1 000 000 км / год (280 км / сек). Далі, під впливом міжзоряного середовища, вона слабшає.
Динаміка руху сонячного вітру знаходиться під впливом двох факторів: сили тяжіння світила і сили тиску всередині потоку. Розрахунки, підкріплені практичними дослідженнями (польоти американських «Вояджер - 1, - 2» і «Піонер - 10, - 11») показали сталість швидкості витікання різнойменно заряджених частинок вже за межами орбіти нашої планети.
Види сонячного вітру
Характер іонізованого потоку Сонця впорядкований і підрозділяється на два види:
- спокійний (повільний або швидкий);
- обурений.
Спокійний - повільний
Повільний сонячний вітер виникає в надрах екватора нашого світила, в періоди температурного розширення іонізованих газів. Динамічний процес розганяє корональні плазму до надзвукових швидкостей, приблизно рівних 400 км / сек. За своєю будовою, повільний потік щільніше і ширше, ніж швидкий.
Спокійний - Швидкий
Місцем народження швидкого сонячного вітру служать корональні діри. Потоки даного вітру можуть спливати місяцями, «атакуючи» Землю з періодичністю обертання Сонця тривалістю в 27 діб.
Обурений
Причиною виникнення обурених потоків є: прояв самого корональної викиду, а також поява в міжпланетному просторі місць стиснення перед наступаючими корональними викидами маси або швидким сонячним вітром.
Міжпланетна ударна хвиля
Появі космічної ударної хвилі передує: «Напад» швидкого сонячного вітру на «повільного брата», Зіткнення зарядженого потоку корональних часток з магнітосферою Землі, вибух наднової зірки, зіткнення галактик.
Цікавий факт: Півтора місяці тому з'явилося повідомлення про те, що НАСА вдалося заміряти силу ударної хвилі сонячного вітру. Послідовно розмістивши в космосі 4-ие спеціально обладнаних, оснащених необхідною апаратурою, мультімасштабних супутника; американські дослідники буквально «зловили» мить наукової удачі. Причому подвійний: в результаті експерименту були отримані дані найвищої точності про сам характер і параметри руху сонячних частинок.
Ударна хвиля - це область зіткнення швидко рухомого середовища (газу) з якою-небудь перешкодою (наприклад: сонячного вітру з магнітосферою Землі), що породжує при цьому «фронт» різкої зміни фізичних параметрів набігаючого потоку (тиску, щільності, температури, рівня заряду частинок і ряду інших показників).
Поширення сонячного вітру в космосі
Віддаляючись все далі від свого «прародителя» - Сонця, вітер слабшає і проходить кілька прикордонних областей. Перша з них віддалена від світила на відстань 95 а.о. (А.о. - астрономічна одиниця, рівний середній відстані від Землі до Сонця і складова 149 598 100 ± 750 км).Так звана - «межа ударної хвилі». Саме на ній відбувається гальмування сонячного вітру зі надзвукових швидкостей.
Пролетівши ще 40 а.о., потік іонізованих частинок під впливом міжзоряної речовини повністю гальмується. Обумовлена астрофізичними процесами межа гальмування носить назву геліопаузой. Просторова область, обмежена геліопаузой отримала назву - геліосфера. Розміри її неоднакові:
- 73 а.о. з південного боку;
- 85 а.о. з північного боку.
Астрофізичні дані були отримані завдяки запуску 2-х американських космічних апаратів серії «Вояджер», призначених для дослідження меж Сонячної системи. Зовсім недавно «Вояджер-2» підтвердив дані «Вояджер-1».
Сонячний вітер і Земля
Постійно змінюються потоки сонячного вітру запросто могли б знищити все живе на поверхні Землі. Для захисту від настільки «грізної зброї» є «надійний щит» у вигляді магнітосфери. Паритет даного протистояння досить мінливий і часто викликає геомагнітні бурі. Тож не дивно, що в 1990 році придбав актуальність термін - «космічна погода», в основному відображає поточний стан магнітного поля Землі.
Творцем науки гелиобиологии, що вивчає вплив нашого світила на життєві функції земних організмів, став радянський учений А. Л. Чижевський. Завдяки йому і цілої низки інших дослідників вдалося з'ясувати закономірності впливу перепадів сонячної активності на організм людини, підвищення і пониження врожайності культурних рослин, розмноження і скорочення популяцій птахів, риб, тварин.
Виявлена і вивчена циклічність періодів впливу Сонця на Землі. Регулярні повідомлення про рівень активності геомагнітного фону стали звичайним явищем. Люди, які страждають хронічними захворюваннями, мають необхідну інформацію для своєчасного прийняття потрібних ліків. Сучасне рослинництво і тваринництво також «озброєне» знаннями, щоб вести свою діяльність найбільш оптимально.
Цікавий факт: За спостереженнями Н. С. Щербинська, періодичність приходу сарани на поля збігається з 11-ї річним ритмом Сонця.
Наука йде вперед і кличе за собою молодих. Сьогодні кожен з них може отримати спеціальність геліобіологія, закінчивши профільне вищий навчальний заклад.
Викликані сонячним вітром природні явища
Сонячний вітер, пролітаючи навколо Землі, викликає масу природних явищ. Серед них: магнітні бурі, полярні сяйва, радіаційні пояси планети. Не так давно з'ясувалася закономірність збільшення кількості блискавок від зростання потоку іонізованих частинок нашої зірки.
Є цілий ряд геофізичних явищ, породжуваних сонячним вітром. У ряді місцевостей зросте вихід газоподібного радону з земної поверхні, що може привести до підвищення радіоактивності в атмосфері. Є залежність між сонячною активністю і зростанням кількості землетрусів. Магнітна буря значно змінює напруженість електричного поля на поверхні Землі і призводить до стрибків атмосферного тиску.
Небезпека сонячного вітру
Потужні викиди з поверхні світила порушують радіозв'язок, створюють перешкоди в роботі комп'ютерів, викликають збої в інженерних мережах, породжують «шкідливий» протікання електричного струму в металоконструкціях і приладах.
Загрози атак сонячного вітру, що призводять до безлічі проблем, створили потребу в ретельному спостереженні і прогнозуванні магнітних бур на нашій планеті. Метеослужби усього світу оснащені необхідним обладнанням, і постійно сигналізують про коливання магнітного фону Землі. Відпрацьовано технологію виявлення майбутніх вогнищ сейсмічної активності і попередження населення про майбутню небезпеку.
Цікавий факт: Існує наукова гіпотеза виникнення води на поверхні Місяця за рахунок впливу сонячного вітру.Виявлення рідини породжує надію і оптимізм в перспективах майбутнього освоєння найближчій космічної «сусідки».
Перспективи використання сонячного вітру
У світлі всіх існуючих особливостей такого унікального космічного явища, як сонячний вітер, стає дуже цікаво знайти йому практичне застосування.
Першопрохідцем створення так званого «електричного вітрила», «сонячного вітрила» (космічний апарат, що рухається за рахунок енергії заряджених частинок сонячного вітру) став фінський учений - Пекка Янхунен.
Навесні 2013 року естонський супутник ESTCube-1, оснащений цим пристроєм був виведений на орбіту. На жаль, спроба була невдалою, так як вітрило не зміг розкритися.
Є й інші привабливі проекти: використання потоків корональної речовини для передачі інформації, або створення на орбітах планет «іоностанцій» для вироблення електричної енергії.
Майбутнє нашого Сонця
Науковий аналіз дає прогноз на 5 млрд. Років існування нашого світила. Втрачаючи щомиті до 600 млн. Тонн водню, воно приречене стати спочатку червоним гігантом, а потім - білим карликом. Попутно вичерпавши всі свої енергетичні запаси у вигляді водню і гелію. Найнеприємніше, що безперервно розширюючись, Сонце розплавить Меркурій, Венеру, можливо і Землю. У всякому разі, життя на планеті повністю зникне.
Значить, людство зобов'язане подумати про своє майбутнє і організувати переселення на інші світи за межами нашої Сонячної системи. Це неминуче. Великі уми: російський вчений Ціолковський, британський астрофізик Стівен Хокінг, прямо говорили про це. Місяць, Марс, Церера, Плутон - список потенційних колоній шириться. Отже: «Нехай дме сонячний вітер у вітрила космічних кораблів землян, які штурмують простори Всесвіту!»
