Межпланетная среда ( МПС ) или межпланетное пространство состоит из массы и энергии, которые наполняют Солнечную систему и через которые движутся все более крупные тела Солнечной системы, такие как планеты , карликовые планеты , астероиды и кометы . МФМ останавливается на гелиопаузе , за пределами которой начинается межзвездная среда . До 1950 года межпланетное пространство считалось либо пустым вакуумом, либо состоящим из « эфира ».
Межпланетная среда включает межпланетную пыль , космические лучи и горячую плазму солнечного ветра . [2] [ не удалось проверить ] Плотность межпланетной среды очень мала, уменьшаясь обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Он изменчив и на него могут влиять магнитные поля и такие события, как корональные выбросы массы . Типичная плотность частиц в межпланетной среде составляет около 5-40 частиц/см 3 , но существенно варьируется. [3] : Рисунок 1 Вблизи Земли он 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. Жозеф Фурье подсчитал, что межпланетная среда должна иметь температуры, сравнимые с теми, которые наблюдаются на полюсах Земли , но на ошибочном основании : не имея современных оценок переноса тепла в атмосфере , он не видел других способов объяснить относительную постоянство климата Земли . [5] Очень горячая межпланетная среда оставалась второстепенной точкой зрения среди геофизиков даже в 1959 году, когда Чепмен предложил температуру порядка 10 000 К, [6] но наблюдения экзосферы на низкой околоземной орбите вскоре противоречили его позиции. [ нужна цитата ] Фактически, окончательные предсказания Фурье и Чепмена оказались верными: 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 имеют температуру 257–298 К ( 3–77 °F), [9] : 157 , в среднем около 283 К (50 °F). [10] В общем, температура солнечного ветра уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния до Солнца; [6] температура пыли уменьшается пропорционально обратному кубическому корню из расстояния. [9] : 157 Для частиц пыли в поясе астероидов типичная температура колеблется 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, он несет с собой магнитное поле Солнца, обладает высокой электропроводностью (что приводит к образованию гелиосферного токового слоя ), образует двойные слои плазмы там, где он вступает в контакт с планетарной магнитосферой или в гелиопаузе , и демонстрирует филаментацию (например, в полярное сияние ).
Плазма в межпланетной среде также ответственна за то, что сила магнитного поля Солнца на орбите Земли более чем в 100 раз превышает первоначально предполагалось. Если бы пространство было вакуумом, то магнитное дипольное поле Солнца силой 10 -4 тесла уменьшилось бы с кубом расстояния примерно до 10 -11 тесла. Но спутниковые наблюдения показывают, что она примерно в 100 раз больше и составляет около 10 −9 тесла. Теория магнитогидродинамики (МГД) 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 .
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 примерно сферический объем, находящийся внутри гелиопаузы.
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 выступал в качестве коллектора частиц солнечного ветра, поэтому изучение горных пород с лунной поверхности может быть ценным для изучения солнечного ветра.
Частицы высокой энергии солнечного ветра, падающие на поверхность Луны, также вызывают ее слабое излучение в рентгеновском диапазоне.
Планеты с собственным магнитным полем, такие как Земля и Юпитер , окружены магнитосферой , в которой их магнитное поле доминирует над солнечным . Это нарушает поток солнечного ветра, который распространяется вокруг магнитосферы. Материал солнечного ветра может «просачиваться» в магнитосферу, вызывая полярные сияния , а также заселяя радиационные пояса Ван Аллена ионизированным материалом.
Межпланетная среда ответственна за несколько оптических явлений, видимых с Земли. Зодиакальный свет — это широкая полоса слабого света, иногда видимая после захода солнца и перед восходом солнца, вытянутая вдоль эклиптики и наиболее яркая вблизи горизонта. Это свечение вызвано солнечным светом , рассеянным частицами пыли в межпланетной среде между Землей и Солнцем.
Подобное явление с центром в антисолнечной точке , gegenschein , видно на естественно темном безлунном ночном небе . Этот эффект намного слабее, чем зодиакальный свет, и вызван солнечным светом, рассеянным обратно частицами пыли за пределами орбиты Земли.
Термин «межпланетный», по-видимому, впервые был использован в печати в 1691 году учёным Робертом Бойлем : «Воздух отличается от эфира (или вакуума) в… межпланетных пространствах» Бойль Хист. Воздух . В 1898 году американский астроном Чарльз Огастес Янг писал: «Межпланетное пространство — это вакуум, гораздо более совершенный, чем все, что мы можем создать искусственным путем…» (« Элементы астрономии» , Чарльз Огастес Янг, 1898).
Представление о том, что космос считается вакуумом, заполненным « эфиром », или просто холодным темным вакуумом, сохранялось до 1950-х годов. Профессор астрономии Университета Тафтса Кеннет Р. Лэнг в 2000 году отметил: «Полвека назад большинство людей представляли нашу планету как одинокую сферу, путешествующую в холодном темном космическом вакууме вокруг Солнца». [13] В 2002 году Акасофу заявил: «Мнение о том, что межпланетное пространство представляет собой вакуум, в который Солнце периодически испускает корпускулярные потоки, было радикально изменено Людвигом Бирманном (1951, 1953), который на основе хвостов комет предположил, что Солнце постоянно дует ее атмосфера разлетается во все стороны со сверхзвуковой скоростью» ( Сюн-Ичи Акасофу , «Исследуя тайны Авроры» , 2002)