stringtranslate.com

Межпланетная среда

Гелиосферный токовый слой возникает в результате влияния вращающегося магнитного поля Солнца на плазму в межпланетной среде. [1]

Межпланетная среда ( МПС ) или межпланетное пространство состоит из массы и энергии, которые заполняют Солнечную систему , и через которые движутся все более крупные тела Солнечной системы, такие как планеты , карликовые планеты , астероиды и кометы . МПС останавливается на гелиопаузе , за пределами которой начинается межзвездная среда . До 1950 года межпланетное пространство широко считалось либо пустым вакуумом, либо состоящим из « эфира ».

Состав и физические характеристики

Межпланетная среда включает в себя межпланетную пыль , космические лучи и горячую плазму солнечного ветра . [2] [ неудачная проверка ] Плотность межпланетной среды очень мала, уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Она изменчива и может зависеть от магнитных полей и событий, таких как выбросы корональной массы . Типичные плотности частиц в межпланетной среде составляют около 5-40 частиц/см 3 , но демонстрируют существенные колебания. [3] : Рисунок 1  Вблизи Земли она содержит около 5 частиц/см 3 , [4] : 326  , но наблюдались значения до 100 частиц/см 3 . [3] : Рисунок 2 

Температура межпланетной среды меняется в пределах Солнечной системы. Джозеф Фурье подсчитал, что межпланетная среда должна иметь температуры, сопоставимые с наблюдаемыми на полюсах Земли , но на ошибочных основаниях : не имея современных оценок атмосферного переноса тепла , он не видел других способов объяснить относительное постоянство климата Земли . [5] Очень горячая межпланетная среда оставалась второстепенной позицией среди геофизиков вплоть до 1959 года, когда Чепмен предложил температуру порядка 10000 К, [6] но наблюдения на низкой околоземной орбите экзосферы вскоре опровергли его позицию. [ требуется ссылка ] Фактически, окончательные предсказания как Фурье, так и Чепмена были верны: поскольку межпланетная среда настолько разрежена , она не демонстрирует термодинамического равновесия . Вместо этого разные компоненты имеют разные температуры. [3] : 4  [4] [7] Солнечный ветер демонстрирует температуры, соответствующие оценке Чепмена в окололунном пространстве , [4] : 326, 329  [7] [8] а пылевые частицы вблизи орбиты Земли демонстрируют температуры 257–298 К (3–77 °F), [9] : 157  в среднем около 283 К (50 °F). [10] В целом, температура солнечного ветра уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния до Солнца; [6] температура пыли уменьшается пропорционально обратному кубическому корню расстояния. [9] : 157  Для пылевых частиц в поясе астероидов типичные температуры варьируются от 200 К (−100 °F) на расстоянии 2,2 а.е. до 165 К (−163 °F) на расстоянии 3,2 а.е. [11]

Поскольку межпланетная среда представляет собой плазму или газ ионов , межпланетная среда имеет характеристики плазмы, а не простого газа. Например, она переносит с собой магнитное поле Солнца, обладает высокой электропроводностью (что приводит к образованию гелиосферного токового слоя ), образует двойные плазменные слои , где она соприкасается с планетарной магнитосферой или на гелиопаузе , и демонстрирует филаментацию (например, в полярных сияниях ).

Плазма в межпланетной среде также ответственна за силу магнитного поля Солнца на орбите Земли, которая более чем в 100 раз больше, чем первоначально предполагалось. Если бы космос был вакуумом, то магнитное дипольное поле Солнца 10−4 тесла уменьшалось бы с кубом расстояния до примерно 10−11 тесла . Но спутниковые наблюдения показывают, что оно примерно в 100 раз больше и составляет около 10−9 тесла . Магнитогидродинамическая (МГД) теория предсказывает, что движение проводящей жидкости (например, межпланетной среды) в магнитном поле индуцирует электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют магнитные поля, и в этом отношении она ведет себя как МГД-динамо .

Протяженность межпланетной среды

Внешний край гелиосферы является границей между потоком солнечного ветра и межзвездной средой . Эта граница известна как гелиопауза и считается довольно резким переходом порядка 110–160 астрономических единиц от Солнца. Таким образом, межпланетная среда заполняет приблизительно сферический объем, заключенный внутри гелиопаузы.

Взаимодействие с планетами

То, как межпланетная среда взаимодействует с планетами, зависит от того, есть ли у них магнитные поля или нет. Такие тела, как Луна, не имеют магнитного поля, и солнечный ветер может воздействовать непосредственно на их поверхность. На протяжении миллиардов лет лунный реголит действовал как коллектор частиц солнечного ветра, и поэтому исследования пород с поверхности Луны могут быть ценными для изучения солнечного ветра.

Высокоэнергетические частицы солнечного ветра, воздействующие на поверхность Луны, также вызывают ее слабое излучение в рентгеновском диапазоне.

Планеты с собственным магнитным полем, такие как Земля и Юпитер , окружены магнитосферой , внутри которой их магнитное поле доминирует над полем Солнца . Это нарушает поток солнечного ветра, который направляется вокруг магнитосферы. Материал из солнечного ветра может «просачиваться» в магнитосферу, вызывая полярные сияния , а также заполняя радиационные пояса Ван Аллена ионизированным материалом.

Наблюдаемые явления межпланетной среды

Межпланетное пылевое облако, освещенное и видимое как зодиакальный свет , с его частями ложной зари , [12] противосияния и остальной частью его полосы, которая визуально пересекается Млечным Путем , на этом составном изображении ночного неба над северным и южным полушарием.

Межпланетная среда ответственна за несколько оптических явлений, видимых с Земли. Зодиакальный свет — это широкая полоса слабого света, иногда видимая после заката и перед восходом Солнца, протянутая вдоль эклиптики и ярче всего проявляющаяся вблизи горизонта. Это свечение вызвано солнечным светом, рассеянным частицами пыли в межпланетной среде между Землей и Солнцем.

Подобное явление, сосредоточенное в антисолнечной точке , противосияние видно в естественно темном, безлунном ночном небе . Этот эффект гораздо слабее зодиакального света и вызван солнечным светом, рассеянным обратно частицами пыли за пределами орбиты Земли.

История

Термин «межпланетный», по-видимому, впервые был использован в печати в 1691 году ученым Робертом Бойлем : «Воздух отличается от эфира (или вакуума) в... межпланетных пространствах» Boyle Hist. Air . В 1898 году американский астроном Чарльз Августус Янг писал: «Межпланетное пространство — это вакуум, гораздо более совершенный, чем все, что мы можем создать искусственными средствами...» ( The Elements of Astronomy , Charles Augustus Young, 1898).

Представление о том, что космос считается вакуумом , заполненным « эфиром », или просто холодным, темным вакуумом, сохранялось вплоть до 1950-х годов. Профессор астрономии Университета Тафтса Кеннет Р. Лэнг, писавший в 2000 году, отметил: «Полвека назад большинство людей представляли нашу планету как одинокую сферу, движущуюся в холодном, темном вакууме пространства вокруг Солнца». [13] В 2002 году Акасофу заявил: «Мнение о том, что межпланетное пространство является вакуумом, в который Солнце периодически испускает корпускулярные потоки, было радикально изменено Людвигом Бирманном (1951, 1953), который на основе кометных хвостов предположил, что Солнце непрерывно выдувает свою атмосферу во всех направлениях со сверхзвуковой скоростью» ( Сюн-Ичи Акасофу , Исследование секретов полярного сияния , 2002)

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Heliospheric Current Sheet". 1 сентября 2006 г. Архивировано из оригинала 1 сентября 2006 г.
  2. ^ NASA (12 марта 2019 г.). «Что обнаружили ученые, просеяв пыль в Солнечной системе». EurekAlert! . Получено 12 марта 2019 г. .
  3. ^ abc Burlaga, Leonard F. (сентябрь 1967 г.). Микромасштабные структуры в межпланетной среде (PDF) (Технический отчет). NASA Goddard Space Flight Center . NASA-TM-X-55995 . Получено 17 августа 2023 г. .
  4. ^ abc Эвиатар, Аарон; Шульц, Майкл (1970) [7 июля 1969]. «Анизотропия ионно-температурных свойств и структура солнечного ветра». Планетная и космическая наука . 18 (3). Северная Ирландия: Pergamon Press: 321–332. Bibcode : 1970P&SS...18..321E. doi : 10.1016/0032-0633(70)90171-6.
  5. ^ Фурье, Жан-Батист Жозеф (1 сентября 2004 г.) [1827]. «Mémoire sur les Températures du Globe Terrestre et des Espaces Planettaires» [О температурах земной сферы и межпланетного пространства] (PDF) . Мемуары Королевской академии наук Института Франции . VII . Перевод Пьерумберта, RT: 570–604.
  6. ^ ab Chapman, S. (1959). «Межпланетное пространство и внешняя атмосфера Земли». Труды Лондонского королевского общества. Серия A, Математические и физические науки . 253 (1275): 462–481. Bibcode : 1959RSPSA.253..462C. doi : 10.1098/rspa.1959.0208. ISSN  0080-4630. JSTOR  100693. S2CID  95492893.
  7. ^ ab Sittler, Edward C.; Guhathakurta, Madhulika (1 октября 1999 г.) [20 марта 1998 г.]. «Полуэмпирическая двумерная магнитогидродинамическая модель солнечной короны и межпланетной среды». The Astrophysical Journal . 523. США: Американское астрономическое общество : 812–826. doi : 10.1086/307742 . Исправлено в doi :10.1086/324303.
  8. ^ Burlaga, L. F.; Ogilvie, K. W. (октябрь 1972 г.). Температура и скорость солнечного ветра (PDF) (технический отчет). Спрингфилд, Вирджиния: Национальная техническая информационная служба Министерства торговли США . NASA-TM-X-66091 . Получено 17 августа 2023 г.
  9. ^ ab Dumont, R.; Levasseur-Regourd, A.-C. (февраль 1998 г.) [16 декабря 1986 г.]. "Свойства межпланетной пыли по инфракрасным и оптическим наблюдениям I: Температура, глобальная объемная интенсивность, альбедо и их гелиоцентрические градиенты". Astronomy and Astrophysics . 191 (1): 154–160. Bibcode :1988A&A...191..154D. ISSN  0004-6361 – через NASA Astrophysics Data System .
  10. ^ Либал, Анджела (1 июня 2023 г.). «Температуры внешнего пространства вокруг Земли». Наука . Санта-Моника, Калифорния: Leaf Group Media . Получено 18 августа 2023 г.
  11. ^ Low, FJ; et al. (1984). «Инфракрасные перистые облака – Новые компоненты расширенного инфракрасного излучения». Astrophysical Journal Letters . 278 : L19–L22. Bibcode : 1984ApJ...278L..19L. doi : 10.1086/184213.
  12. ^ "Ложный рассвет". www.eso.org . Получено 14 февраля 2017 г. .
  13. ^ Кеннет Р. Лэнг (2000). Солнце из космоса. Springer Science & Business Media. стр. 17. ISBN 978-3-540-66944-9.

Внешние ссылки