Солнечный ветер — некий поток частиц, испускаемый внешним слоем Солнца (солнечной короной) на огромной скорости, достигающей 1200 км/с.
Испускать его могут все звёзды, и в таком случае называется он звёздным ветром. К слову, поток частиц Солнца также можно назвать звёздным ветром Солнца и ошибки в этом не будет. 
Общая информация
Скорость солнечного ветра хоть и очень высока, но намного уступает скорости света (в сотни раз), поэтому не стоит путать эти два понятия. Нашей планеты поток достигает дня за 2-3. Состав звёздного ветра Солнца не блещет особым разнообразием: протоны, электроны, ядра гелия, ну и немного иных частиц. А вот масса испускаемых частиц и правда удивительна — порядка миллиона тонн в секунду! Не укладывается в голове, насколько же огромным должно быть Солнце, чтобы испускать миллиарды лет такой поток и по-прежнему светить нам на небосклоне.
Вообще говоря, солнечный ветер довольно изменчив. Благодаря процессам, происходящим внутри звезды, он может обладать различной интенсивность и скоростью. Так, бывает он спокойным и возмущённым.
Спокойные потоки солнечного ветра можно разделить на два типа: медленные и быстрые.
- — Медленные обладают скоростью около 300-500 км/с. Они образуются в спокойных частях короны Солнца.
- — Быстрые потоки имеют скорость от 500 до 800 км/с. Образуются они во многом благодаря существованию корональных дыр на Солнце — участков в солнечной короне, где плотность и температура заметно ниже, нежели на иных участках короны.
Суммарно на долю спокойных потоков приходится 53% времени излучения Солнца.
Возмущённые потоки.
Наиболее частой причиной возмущённых потоков является выброс частиц из солнечной короны (так называемый корональный выброс масс). Интересен тем, что огромные массы плазмы (протоны, электроны и некоторые тяжёлые элементы, вроде гелия и кислорода) испускаются из короны с огромной скоростью, так как вся энергия выброса тратится на ускорение этих частиц. Также потоки такого рода возникают перед быстрыми потоками из корональных дыр. Относят сюда и область сжатия перед быстрыми корональными выбросами.
Влияние солнечного ветра
Солнечный ветер защищает Солнечную систему от попадания в неё межзвёздного газа. Получается так, потому что звёздный ветер создаёт границу гелиосферы, через которую не может пройти газ.
Космические лучи, что попадают в нашу звёздную систему из межгалактического пространства, весьма сильно ослабляются под действием магнитного поля солнечного ветра.
Звёздный ветер Солнца оказывает сильное влияние и на нашу планету (как и на другие планеты системы, обладающие магнитным полем). Этот ветер является причиной возникновения полярного сияния, радиационных поясов планет и магнитосферы.
А возмущённые потоки ветра также способствуют проявлению геомагнитной активности (например, возникновению магнитных бурь).
Магнитная буря
Возмущение магнитного поля Земли, в результате воздействия на него потоков солнечного ветра, называют геомагнитной бурей. Такие бури оказывают немалое влияние на людей.
Солнечная система
Вокруг центральной звезды вращаются планеты, астероиды, кометы и другие небесные тела. Таких систем во Вселенной множество, ну а наша называется Солнечной.
По телевизору или радио иногда можно услышать сообщение, что в ближайшие дни из-за воздействия солнечного ветра будут наблюдаться северные сияния, возникнут перебои в работе интернета, мобильных и прочих технических устройств. Вспышки на Солнце сегодня никого не удивляют, но мало кто представляет, как возникают ветровые потоки с ближайшей звезды, какое влияние они оказывают на планету.
Что такое солнечный ветер?
Обычно под словом ветер мы подразумеваем воздушный поток, состоящий из определенного набора газов, находящихся в земной атмосфере. Но есть другое понятие – солнечный ветер. Это ионизированный поток частиц, вытекающих из короны звезды в окружающий космос. Источниками потока являются все существующие звезды, поэтому можно употреблять название «звездный ветер», оно тоже правильное.
Раскаленное состояние звезды обусловлено происходящими внутри нее термоядерными процессами. Корональная часть Солнца разогрета примерно до 1 млн. градусов. В таких температурных условиях атомы движутся с невероятной скоростью, сталкиваются и разлетаются во все стороны. Газы, входящие в состав короны, расширяются, стремятся занять как можно больше пространства.
Газовый поток, удаляясь от светила, набирает скорость, долетает до Земли за несколько суток. В составе солнечного ветра находятся типичные для Солнца элементы: гелий, водород, некоторое количество железа, кремния, серы. Вышедшая из поверхностного слоя звезды масса частиц имеет температуру около 200000°C. Она движется в космическом пространстве со скоростью 300 – 500 км/с, если солнечная активность низкая. Но если корона активна, то скорость солнечного ветра может достигать 1000 – 1200 км/с. Каждую секунду Солнце испускает около 1 млн. тонн ионизированных частиц.
История изучения
Описываемый процесс известен астрономам с 50-х годов 20 века. В астрономии плотно занимаются изучением космического ветра, но до сих пор некоторые его характеристики до конца не исследованы. Агентство NASA реализует космические программы для изучения звездных потоков ветра:
- Программа Ulysses, отправленная в космос в октябре 1990 года, исследовала солнечную корону на всех широтах, определяла свойства ветровых потоков. Она действовала дольше 10 лет.
- ACE (Advanced Composition Explorer) была начата в 1997 году, двигалась по особой орбите, пересекающей точку Лагранжа между звездой и Землей. В этой точке земная и солнечная гравитационные силы одинаковы, поэтому нет отклонения исследовательского спутника. В ходе исследования измерялись потоки частиц в режиме реального времени.
- Программы STEREO-A и STEREO-B осуществляются сейчас. Аппараты изучают корональную область со всех сторон с целью установления причин появления излучения. По словам исследователей NASA, миссия позволяет узнать новые аспекты взаимодействия звезды и планеты.
- Parker – новая программа, запущенная в августе 2018 года. Задача исследовательского аппарата – работа в непосредственной близости к Солнцу (с погружением в корональный слой). Ученые надеются получить в ходе миссии серию подробных фотографий внутреннего пространства короны и данные измерений, что позволят шире раскрыть тайну происхождения и эволюционных изменений Солнца.
Виды солнечного ветра
Звездный ветер характеризуется непостоянством. Из-за бурных процессов, происходящих в звездных недрах, он меняет скорость и мощность. Выделяются потоки:
- спокойные и медленные;
- спокойные и быстрые;
- возмущенные.
Быстрый солнечный ветер
Может вытекать из короны в течение нескольких месяцев, достигает скорости 600 – 800 км/с. Образуется при появлении корональной дыры – участка в поверхностном слое Солнца, отличающегося более низкими показателями температуры и плотности вещества.
Спокойные и быстрые ветры составляют во временном отношении большую часть (53%) всех солнечных излучений.
Медленный солнечный ветер
Исходит из спокойных экваториальных областей коронального слоя, имеет скорость 300 – 500 км/с. Достигает Земли минимум за несколько часов, максимум за 3 суток. Он плотнее быстрого, именно его воздействию кометы обязаны появлением горящего хвоста.
Если бы Земля не была защищена магнитным полем, то жизнь на планете была бы уничтожена медленным излучением.
Возмущенные потоки
Представляют собой кратковременные, отличающиеся неоднородностью и структурной сложностью выплески, вызывающие возмущения магнитосферы Земли. То есть это резкие выбросы коронального вещества, перед которыми идет ударная волна, провоцирующая отклонение планетарного магнитного поля.
В процессе корональный слой выбрасывает огромную протонно-электронную массу, включающую ядра гелия и кислорода, небольшой процент тяжелых элементов. Эта масса несется в космическом пространстве с огромной скоростью, поскольку весь энергетический импульс затрачивается на ускорение. Иногда возмущенные потоки фиксируются перед быстрым излучением из корональной дыры.
Магнитная буря, вызванная данным видом ветра, вызывает ухудшение самочувствия у восприимчивых людей, негативно влияет на технику (мобильные и радиоустройства, интернет-связь).
Для Солнечной системы излучаемый Солнцем ветер является надежной защитой от губительных межзвездных газов. Ветровой поток формирует гелиосферу – защитную газовую оболочку, которую не может преодолеть космическое излучение. На нашей планете под воздействием излучения образовались магнитосфера и радиационные пояса, появляются северные сияния.
Что такое солнечный ветер?
Каждое мгновение Солнце излучает в космос поток ионизированных частиц испускаемый внешним слоем (солнечной короной) на огромной скорости, достигающей 1200 км/с. Данное явление носит название «солнечный ветер». Его бесконечные «вихри» окружают Землю, пронизывают пространство Солнечной системы, и даже выходят далеко за её пределы. Испускать его могут все звёзды, и в таком случае называется он звёздным ветром. Поток частиц Солнца также можно назвать звёздным ветром Солнца и ошибки в этом не будет.
Солнечный ветер
История возникновения понятия
Научное представление человека об окружающем мире постоянно претерпевает изменения. Процесс отрицания предшествующих догм и понятий даёт возможность по-новому взглянуть на существующую действительность.
Длительное время наука считала статичной корону любой звезды. То есть, сила притяжения как бы уравновешивала силу давления ядерных и термоядерных взрывов, и не давала отпускать от себя в окружающее пространство потоки раскалённой материи.
Английский геофизик и астроном Сидни Чепмен в своём время создал и развил теорию устойчивости солнечной атмосферы. Его гипотеза разделила астрофизическое сообщество. Всё так и продолжалось бы до нашего времени. Однако нашёлся человек решительно и бесповоротно опровергший взгляды знаменитого учёного.
Солнечная корона
Имя его – Юджин Ньюмен Паркер. Американский астрофизик нанёс сокрушающий удар по концепции своего английского коллеги. Своими пионерскими разработками он смог доказать необратимость истечения материи из короны. Более того, выяснился очень любопытный факт: по мере удаления от Солнца скорость солнечного ветра значительно возрастает, достигая сверхзвуковых величин, затем снижается и становится стабильной. Кстати, границы его распространения до сих пор не определены и ждут своих первооткрывателей.
Замеры, проводимые на первых межпланетных космических аппаратах, подтвердили правильность выводов Ю. Паркера. Немногим позже, астрономы обнаружили аналогичные звёздные ветра на просторах ряда Галактик.
Как появляется солнечный ветер?
Причиной появления потока, состоящего из смеси положительно и отрицательно заряженных частиц, является постоянно образующаяся внутри Солнца плазма. Возникает она в результате бесконечно протекающих реакций термоядерного синтеза, нагревающих центр звезды до нескольких десятков миллионов градусов по Цельсию. Разогретый таким образом ионизированный газ, стремительно вырывается из условно «ограниченного объёма», разлетаясь далеко за пределы нашей звёздной системы.
Появление солнечного ветра
В сентябре 2016 года американским учёным с помощью обсерваторий NASA STEREO впервые удалось засечь процесс возникновения солнечного ветра. Согласно их заявлению, происходящее идентично выбросу воды: сначала поток идёт одной струёй, затем распадается на отдельные частички, которые становятся всё меньше и меньше, пока не образуется газообразное «облако».
NASA STEREO
Изучение явления
За семь лет до Ю. Паркера западногерманский астроном Людвиг Бирман, изучая структуру хвостов комет, предположил существование корпускулярного излучения Солнца, называемого сейчас солнечным ветром. Поток заряженных частиц, прорываясь сквозь корональные дыры (районы на поверхности нашей звезды не закрытые магнитным полем), устремляется в открытое космическое пространство.
Впервые измерение технических параметров солнечного ветра было произведено на советской межпланетной автоматической станции «Луна-2» в 1959 году.
Автоматическая межпланетная станция “Луна-2”
Через три года американский спутник «Маринер-2» выполнил многомесячные исследования уникального космического явления. В дальнейшем изучения были продолжены международной станцией SOHO и целым рядом программ национального управления – НАСА, США. Научная деятельность по изучению солнечного ветра расширила свои горизонты от поверхности Солнца до самого края звёздной системы.
Скорость солнечного ветра
Большой научно-практический интерес представляет измерение, а также изучение закономерностей движения потока водородной плазмы, составляющий основу солнечного ветра.
Первоначально ионизированные частицы гелия, водорода, железа, кремния, серы и ряда других химических элементов движутся, со скоростью 300-450 км/сек.
В дальнейшем скорость солнечного ветра потока нарастает, достигая 400 – 800 км/сек около Земли (именно здесь заканчивается его ускорение). 1 500 000 км/час (420 км/сек) в районе Марса. На расстоянии до 10 млрд. км от источника излучения скорость движения солнечных заряженных частиц примерно составляет – 1 000 000 км/час (280 км/сек). Далее, под воздействием межзвёздной среды, она ослабевает.
Динамика движения солнечного ветра находится под воздействием двух факторов: силы притяжения светила и силы давления внутри потока. Расчёты, подкреплённые практическими исследованиями (полёты американских «Вояджер – 1, – 2» и «Пионер – 10, – 11») показали постоянство скорости истечения разноимённо заряженных частиц уже за пределами орбиты нашей планеты.
Виды солнечного ветра
Характер ионизированного потока Солнца упорядочен и подразделяется на два вида:
- спокойный (медленный или быстрый);
- возмущённый.
Спокойный – медленный
Медленный солнечный ветер возникает в недрах экватора нашего светила, в периоды температурного расширения ионизированных газов. Динамический процесс разгоняет корональную плазму до сверхзвуковых скоростей, примерно равных 400 км/сек. По своему строению, медленный поток плотнее и шире, чем быстрый.
Спокойный – Быстрый
Местом рождения быстрого солнечного ветра служат корональные дыры. Потоки данного ветра могут истекать месяцами, «атакуя» Землю с периодичностью вращения Солнца продолжительностью в 27 суток.
Возмущённый
Причиной возникновения возмущённых потоков является: проявление самого коронального выброса, а также появление в межпланетном пространстве мест сжатия перед наступающими корональными выбросами массы или быстрым солнечным ветром.
Межпланетная ударная волна
Появлению космической ударной волны предшествует: «Нападение» быстрого солнечного ветра на «медленного брата», Столкновение заряженного потока корональных частиц с магнитосферой Земли, взрыв сверхновой звезды, столкновение галактик.
Ударная волна – это область столкновения быстро движущейся среды (газа) с каким-либо препятствием (к примеру: солнечного ветра с магнитосферой Земли), порождающая при этом «фронт» резкого изменения физических параметров набегающего потока (давления, плотности, температуры, уровня заряда частиц и ряда других показателей).
Распространение солнечного ветра в космосе
Удаляясь всё дальше от своего «прародителя» – Солнца, ветер ослабевает и проходит несколько пограничных областей. Первая из них удалена от светила на расстояние 95 а.е. (а.е. – астрономическая единица, равная среднему расстоянию от Земли до Солнца и составляющая 149 598 100 ± 750 км). Так называемая – «граница ударной волны». Именно на ней происходит торможение солнечного ветра со сверхзвуковых скоростей.
Распространение солнечного ветра в космосе
Пролетев ещё 40 а.е., поток ионизированных частиц под воздействием межзвёздного вещества полностью тормозится. Определяемая астрофизическими процессами граница торможения носит название гелиопаузы. Пространственная область, ограниченная гелиопаузой получила название – гелиосфера. Размеры её неодинаковы:
- 73 а.е. с южной стороны;
- 85 а.е. с северной стороны.
Астрофизические данные были получены благодаря запуску 2-х американских космических аппаратов серии «Вояджер», предназначенных для исследования границ Солнечной системы. Совсем недавно «Вояджер-2» подтвердил данные «Вояджер-1».
Солнечный ветер и Земля
Постоянно изменяющиеся потоки солнечного ветра запросто могли бы уничтожить всё живое на поверхности Земли. Для защиты от столь «грозного оружия» имеется «надёжный щит» в виде магнитосферы. Паритет данного противостояния довольно изменчив и часто вызывает геомагнитные бури. Не удивительно, что в 1990 году приобрёл актуальность термин – «космическая погода», в основном отражающий текущее состояние магнитного поля Земли.
Создателем науки гелиобиологии, изучающей воздействие нашего светила на жизненные функции земных организмов, стал советский учёный А. Л. Чижевский. Благодаря ему и целому ряду других исследователей удалось выяснить закономерности воздействия перепадов солнечной активности на организм человека, повышение и понижение урожайности культурных растений, размножение и сокращение популяций птиц, рыб, животных.
Обнаружена и изучена цикличность периодов воздействия Солнца на Земле. Регулярные сообщения об уровне активности геомагнитного фона стали обычным явлением. Люди, страдающие хроническими заболеваниями, имеют необходимую информацию для своевременного принятия нужных лекарств. Современное растениеводство и животноводство также «вооружено» знаниями, чтобы вести свою деятельность наиболее оптимально.
Интересный факт: По наблюдениям Н. С. Щербинского, периодичность прихода саранчи на поля совпадает с 11-и летним ритмом Солнца.
Наука идёт вперёд и зовёт за собой молодых. Сегодня каждый из них может получить специальность гелиобиолога, закончив профильное высшее учебное заведение.
Вызываемые солнечным ветром природные явления
Солнечный ветер, пролетая вокруг Земли, вызывает массу природных явлений. Среди них: магнитные бури, полярные сияния, радиационные пояса планеты. Не так давно выяснилась закономерность увеличения количества молний от роста потока ионизированных частиц нашей звезды.
Северное сияние
Есть целый ряд геофизических явлений, порождаемых солнечным ветром. В ряде местностей возрастет выход газообразного родона из земной поверхности, что может привести к повышению радиоактивности в атмосфере. Имеется зависимость между солнечной активностью и ростом числа землетрясений. Магнитная буря значительно изменяет напряжённость электрического поля на поверхности Земли и приводит к скачкам атмосферного давления.
Опасность солнечного ветра
Мощные выбросы с поверхности светила нарушают радиосвязь, создают помехи в работе компьютеров, вызывают сбои в инженерных сетях, порождают «вредное» протекание электрического тока в металлоконструкциях и приборах.
Угрозы атак солнечного ветра, приводящих к множеству проблем, создали потребность в тщательном наблюдении и прогнозировании магнитных бурь на нашей планете. Метеослужбы всего мира оснащены необходимым оборудованием, и постоянно сигнализируют о колебаниях магнитного фона Земли. Отработана технология выявления будущих очагов сейсмической активности и предупреждения населения о предстоящей опасности.
Перспективы использования солнечного ветра
В свете всех существующих особенностей такого уникального космического явления, как солнечный ветер, становится очень интересно найти ему практическое применение.
Первопроходцем создания так называемого «электрического паруса», «солнечного паруса» (космический аппарат, двигающийся за счёт энергии заряженных частиц солнечного ветра) стал финский учёный – Пекка Янхунен.
