Альфвеновская поверхность

Граница между солнечной короной и ветром

Анимация НАСА, показывающая прохождение солнечного зонда Паркер через внешнюю атмосферу Солнца, его корону , в апреле 2021 года. Границей на краю короны является критическая поверхность Альфвена. Внутри этой поверхности (круг слева) плазма соединяется с Солнцем волнами, движущимися туда и обратно к поверхности. За ним (круг справа) магнитные поля и гравитация Солнца слишком слабы, чтобы сдержать плазму, и она становится солнечным ветром , мчащимся по Солнечной системе так быстро, что волны внутри ветра не могут вернуться к Солнцу. ^[1]

Альфвеновская поверхность — это граница, отделяющая корону звезды от звездного ветра , определяемая как точка, где альфвеновская скорость корональной плазмы и крупномасштабная скорость звездного ветра равны. Она названа в честь Ханнеса Альфвена , а также называется критической поверхностью Альфвена , точкой Альфвена или радиусом Альфвена . В 2018 году солнечный зонд «Паркер» стал первым космическим кораблем, пересекшим альфвенскую поверхность Солнца .

Определение

Имитация звездного ветра для AU Microscopii . Полупрозрачный оттенок показывает результирующую альфвеновскую поверхность звездного ветра. ^[2]

Влияние напряженности и геометрии магнитного поля на альфвеновскую поверхность. На АС сильно влияет изменение геометрии поверхности. ^[3]

Моделирование звездного ветра для системы Проксима Центавра . Пурпурная изоповерхность соответствует альфвеновской поверхности звездного ветра. ^[4]

Звезды не имеют твердой поверхности. Однако у них есть перегретая атмосфера, состоящая из солнечного материала, связанного со звездой гравитацией и магнитными силами. ^[5] Звездная корона простирается далеко за пределы солнечной поверхности или фотосферы и считается внешней границей звезды. Он знаменует собой переход к солнечному ветру , который движется по планетной системе . Этот предел определяется расстоянием, на котором возмущения солнечного ветра не могут распространиться обратно на поверхность Солнца. Эти возмущения не могут распространиться обратно к звезде, если скорость исходящего солнечного ветра превышает единицу Маха, скорость «звука», определенную для солнечного ветра. Это расстояние образует неправильную «поверхность» вокруг звезды, называемую поверхностью Альвена. ^[6] Ее также можно описать как точку, в которой гравитация и магнитные поля слишком слабы, чтобы сдерживать тепло и давление, которые отталкивают материал от звезды. Это точка, где заканчивается солнечная атмосфера и начинается солнечный ветер. ^[5]

Адхикари, Занк и Чжао (2019) определяют поверхность Альфвена как: ^[7]

место, в котором скорость крупномасштабного солнечного ветра и скорость Альвена равны, и, таким образом, оно разделяет субафвенский корональный поток | |≪| | от суперальфвеновского потока солнечного ветра | |≫| | ${\displaystyle U}$ ${\displaystyle V_{\text{A}}}$ ${\displaystyle U}$ ${\displaystyle V_{\text{A}}}$ ${\displaystyle U}$ ${\displaystyle V_{\text{A}}}$

ДеФорест, Ховард и МакКомас (2014) определяют поверхность Альвена как: ^[8]

естественная граница, которая отмечает причинное отсоединение отдельных пакетов плазмы и магнитного потока от самого Солнца. Поверхность Альфвена — это место, где радиальное движение ускоряющегося солнечного ветра превышает радиальную альфвеновскую скорость , и поэтому любое смещение материала не может нести информацию обратно в корону. Таким образом, это естественная внешняя граница солнечной короны и внутренняя граница межпланетного пространства.

Поверхность Альвена разделяет суб- и суперальфвеновы режимы звездного ветра, которые влияют на структуру любой магнитосферы / ионосферы вокруг орбитальной планеты в системе. ^[2] Характеристика альфвенской поверхности может служить внутренней границей обитаемой зоны звезды. ^[3] Альвеновскую поверхность можно найти «номинально» на расстоянии 10-30 радиусов звезды. ^[9]

Исследовать

Исследователи не были уверены, где именно находится альфвенская критическая поверхность Солнца. По оценкам, основанным на удаленных изображениях короны, она находится на расстоянии от 10 до 20 солнечных радиусов от поверхности Солнца. ^[5] 28 апреля 2021 года во время восьмого пролёта вокруг Солнца солнечный зонд НАСА «Паркер» (PSP) столкнулся с особыми магнитными условиями и условиями частиц на солнечном радиусе 18,8, что указывало на то, что он проник через поверхность Альфвена; ^{[5] [1]} зонд измерил плазменную среду солнечного ветра с помощью инструментов FIELDS и SWEAP . ^[6] НАСА описало это событие как «касание Солнца». ^[5] Во время пролета солнечный зонд «Паркер» несколько раз входил в корону и выходил из нее. Это подтвердило предсказания о том, что критическая поверхность Альвена не имеет формы гладкого шара, а имеет шипы и впадины, которые сморщивают ее поверхность. ^[5]

В 09:33 UT 28 апреля 2021 года солнечный зонд «Паркер» вошел в намагниченную атмосферу Солнца на высоте 13 миллионов километров (8,1 миллиона миль) над фотосферой, пересекая критическую поверхность Альфвена на пять часов и попадая в плазму при случайном контакте с Солнцем с Число Маха Альвена 0,79, а магнитное давление доминирует как над ионным, так и над электронным давлением. Магнитное картирование предполагает, что этот регион представлял собой устойчивый поток, возникающий на быстро расширяющихся силовых линиях коронального магнитного поля, лежащих над псевдостримером . Субальвеновская природа течения может быть обусловлена ​​подавлением магнитного пересоединения в основании псевдостримера, о чем свидетельствуют необычно низкие плотности в этой области и магнитное картирование. ^[10]

дальнейшее чтение

• Каспер, Джастин С.; Кляйн, Кристофер Г. (1 июня 2019 г.). «Сильный преимущественный ионный нагрев ограничен пределами солнечной альфвеновской поверхности». Письма астрофизического журнала . 877 (2): L35. arXiv : 1906.02763 . Бибкод : 2019ApJ...877L..35K. дои : 10.3847/2041-8213/ab1de5 . S2CID  174801124.
• Гийе, Жером; Фоглиццо, Тьерри; Фроманг, Себастьян (2010). «Динамика альфвеновской поверхности в коллапсе ядра сверхновой». Астрофизический журнал . 729 (1): 71. arXiv : 1006.4697 . дои : 10.1088/0004-637X/729/1/71. S2CID  118461285.
• Фионнагайн, До; Видотто, А.А.; Пети, П; Фолсом, CP; Джефферс, СВ; Марсден, Южная Каролина; Морен, Дж; ду Насименту, JD (22 ноября 2018 г.). «Солнечный ветер во времени II: трехмерная структура звездного ветра и радиоизлучение». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . arXiv : 1811.05356 . дои : 10.1093/mnras/sty3132 . Проверено 18 мая 2023 г.
• Гарраффо, Сесилия; Дрейк, Джереми Дж.; Коэн, Офер (27 октября 2015 г.). «Зависимость потерь звездной массы и углового момента от широты, активной области и диполярных магнитных полей». Астрофизический журнал . 813 (1): 40. arXiv : 1509.08936 . дои : 10.1088/0004-637X/813/1/40. S2CID  118740200.
• Видотто, А.А.; Жардин, М.; Морен, Дж.; Донати, Дж. Ф.; Офер, М.; Гомбоси, Ти. (21 февраля 2014 г.). «Звездные ветры М-карликов: влияние реалистичной магнитной геометрии на эволюцию вращения и планеты». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 438 (2): 1162–1175. arXiv : 1311.5063 . дои : 10.1093/mnras/stt2265 . Проверено 18 мая 2023 г.
• Видотто, Алин А. (26 апреля 2021 г.). «Эволюция солнечного ветра». Живые обзоры по солнечной физике . 18 (1): 3. дои :10.1007/s41116-021-00029-w. ISSN  1614-4961. ПМК  8550356 . ПМИД  34722865.

Рекомендации

1. «GMS: Анимация: солнечный зонд НАСА Паркер входит в солнечную атмосферу». svs.gsfc.nasa.gov . 14 декабря 2021 г. Проверено 30 июля 2022 г.
2. Альварадо-Гомес, Хулиан Д.; Коэн, Офер; Дрейк, Джереми Дж.; Фраскетти, Федерико; Поппенхэгер, Катя; Гарраффо, Сесилия; Чебли, Джуди; Ильин Екатерина; Харбах, Лаура; Кочухов, Олег (1 апреля 2022 г.). «Моделирование космической погоды в микрофонной системе AU: звездные ветры и экстремальные корональные выбросы массы». Астрофизический журнал . 928 (2): 147. arXiv : 2202.07949 . дои : 10.3847/1538-4357/ac54b8 . ISSN  0004-637X. Материал был скопирован из этого источника, который доступен с лицензией Creative Commons Attribution 4.0.
3. Чебли, Джуди Дж.; Альварадо-Гомес, Хулиан Д.; Поппенхаегер, Катя (май 2022 г.). «Экзопланета назначения: условия обитания под влиянием свойств звездных ветров». Астрономические Нахрихтен . 343 (4). arXiv : 2111.09707 . дои : 10.1002/asna.20210093. ISSN  0004-6337. S2CID  238922661 . Проверено 18 мая 2023 г. Материал был скопирован из этого источника, который доступен с лицензией Creative Commons Attribution 4.0.
4. Альварадо-Гомес, Хулиан Д.; Дрейк, Джереми Дж.; Гарраффо, Сесилия; Коэн, Офер; Поппенхэгер, Катя; Ядав, Ракеш К.; Москва, София П. (1 октября 2020 г.). «Звездная ветровая среда, подобная земной, для Проксимы Центавра c». Письма астрофизического журнала . 902 (1): Л9. arXiv : 2009.07266 . дои : 10.3847/2041-8213/abb885 . ISSN  2041-8205.
5. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе : Хэтфилд, Майлз (13 декабря 2021 г.). «НАСА впервые входит в солнечную атмосферу». НАСА .
6. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии : «SVS: Солнечный зонд Паркер: пересечение поверхности Альвена». svs.gsfc.nasa.gov . 14 декабря 2021 г. Проверено 30 июля 2022 г.
7. Адхикари, Л.; Занк, врач общей практики; Чжао, Л.-Л. (30 апреля 2019 г.). «Выключается ли турбулентность на критической поверхности Альфвена?». Астрофизический журнал . 876 (1): 26. Бибкод : 2019ApJ...876...26A. дои : 10.3847/1538-4357/ab141c . S2CID  156048833.
8. ДеФорест, CE; Ховард, штат Техас; МакКомас, диджей (12 мая 2014 г.). «Приходящие волны в солнечной короне: прямой индикатор местоположения поверхности Альфвена». Астрофизический журнал . 787 (2): 124. arXiv : 1404.3235 . Бибкод : 2014ApJ...787..124D. дои : 10.1088/0004-637X/787/2/124. S2CID  118371646.
9. Гельцер, Молли Л.; Швадрон, Натан А.; Смит, Чарльз В. (январь 2014 г.). «Анализ альфвеновского радиуса на основе количества солнечных пятен с 1749 года по сегодняшний день». Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 119 (1): 115–120. дои : 10.1002/2013JA019420 .
10. Каспер, JC; Кляйн, КГ; Личко Е.; Хуан, Цзя; Чен, ЧК; Бэдман, Северная Каролина; Боннелл, Дж.; Уиттлси, Польша; Ливи, Р.; Ларсон, Д.; Пулупа, М.; Рахмати, А.; Стэнсби, Д.; Коррек, Кентукки; Стивенс, М.; Кейс, AW ; Бэйл, Южная Дакота; Максимович, М.; Монкуке, М.; Гетц, К.; Халекас, Дж.С.; Маласпина, Д.; Рауафи, Нур Э.; Сабо, А.; МакДауэлл, Р.; Велли, Марко; Дудок Де Вит, Тьерри; Занк, врач общей практики (14 декабря 2021 г.). «Солнечный зонд Паркер входит в солнечную корону с преобладанием магнитного поля». Письма о физических отзывах . 127 (25): 255101. doi : 10.1103/PhysRevLett.127.255101 . ПМИД  35029449. Материал был скопирован из этого источника, который доступен с лицензией Creative Commons Attribution 4.0.

Внешние ссылки

• «Разгадка тайны солнечного перегрева с помощью солнечного зонда Parker». Новости Мичиганского университета . 4 июня 2019 года . Проверено 30 июля 2022 г.