Quyosh shamoli va Yer magnitosferasi.
Quyoshli shamol ( Quyosh shamoli) - quyosh tojidan 300-1200 km/s tezlikda oqib chiqayotgan megaionlashgan zarrachalar oqimi (asosan geliy-vodorod plazmasi). Bu sayyoralararo muhitning asosiy tarkibiy qismlaridan biridir.
Ko'pgina tabiiy hodisalar quyosh shamoli, jumladan magnit bo'ronlari va auroralar kabi kosmik ob-havo hodisalari bilan bog'liq.
“Quyosh shamoli” (Quyoshdan Yerga 2-3 kun ichida oʻtadigan ionlashgan zarralar oqimi) va “Quyosh nuri” (Quyoshdan Yerga oʻrtacha 8 daqiqada harakatlanadigan fotonlar oqimi) tushunchalari. 17 soniya) chalkashtirmaslik kerak. Xususan, quyosh yelkanli loyihalarda qo'llaniladigan quyosh nurlarining (shamol emas) bosim ta'siri. Quyosh shamoli ionlarining impulsini surish manbai sifatida ishlatish uchun dvigatelning shakli elektr yelkanidir.
Hikoya
Quyoshdan uchadigan doimiy zarralar oqimi mavjudligi haqidagi farazni birinchi marta ingliz astronomi Richard Karrington aytgan. 1859 yilda Karrington va Richard Xodjson mustaqil ravishda quyosh chaqnashi deb atalgan hodisani kuzatdilar. Ertasi kuni geomagnit bo'ron bo'ldi va Karrington bu hodisalar o'rtasidagi bog'liqlikni taklif qildi. Keyinchalik Jorj Fitsjerald materiya Quyosh tomonidan vaqti-vaqti bilan tezlashadi va bir necha kun ichida Yerga etib boradi, deb taklif qildi.
1916 yilda norvegiyalik tadqiqotchi Kristian Birkeland shunday deb yozgan edi: "Jismoniy nuqtai nazardan, quyosh nurlari ijobiy ham, salbiy ham emas, balki ikkalasi ham bo'lishi mumkin". Boshqacha qilib aytganda, quyosh shamoli manfiy elektronlar va musbat ionlardan iborat.
Uch yil o'tgach, 1919 yilda Friderik Lindemann ham zaryadning zarralari, protonlar va elektronlar Quyoshdan kelishini taklif qildi.
1930-yillarda olimlar quyosh tojining harorati bir million darajaga yetishi kerakligini aniqladilar, chunki toj Quyoshdan juda uzoq masofalarda etarlicha yorqin bo'lib qoladi, bu quyosh tutilishi paytida aniq ko'rinadi. Keyinchalik spektroskopik kuzatishlar bu xulosani tasdiqladi. 50-yillarning o'rtalarida ingliz matematiki va astronomi Sidni Chapman bunday haroratlarda gazlarning xususiyatlarini aniqladi. Ma'lum bo'lishicha, gaz ajoyib issiqlik o'tkazuvchisiga aylanadi va uni Yer orbitasidan tashqarida kosmosga tarqatishi kerak. Shu bilan birga, nemis olimi Lyudvig Biermann kometalarning dumlari doimo Quyoshdan uzoqqa ishora qilishi bilan qiziqdi. Biermanning fikricha, Quyosh kometa atrofidagi gazga bosim o'tkazadigan doimiy zarrachalar oqimini chiqarib, uzun dumni hosil qiladi.
1955 yilda sovet astrofiziklari S.K.Vsekxsvyatskiy, G.M.Nikolskiy, E.A.Ponomarev va V.I.Cherednichenkolar choʻzilgan toj radiatsiya taʼsirida energiyani yoʻqotishini va faqat kuchli ichki energiya manbalarining maxsus taqsimlanishi bilan gidrodinamik muvozanat holatida boʻlishi mumkinligini koʻrsatdi. Boshqa barcha holatlarda materiya va energiya oqimi bo'lishi kerak. Bu jarayon muhim hodisa - "dinamik toj" uchun jismoniy asos bo'lib xizmat qiladi. Moddalar oqimining kattaligi quyidagi mulohazalar asosida baholandi: agar toj gidrostatik muvozanatda bo'lsa, u holda vodorod va temir uchun bir hil atmosferaning balandliklari 56/1 nisbatda bo'ladi, ya'ni temir ionlari bo'lmasligi kerak. uzoq tojda kuzatilgan. Ammo bu unday emas. Temir toj bo'ylab porlaydi, FeXIV FeX dan yuqori qatlamlarda kuzatiladi, garchi u erda kinetik harorat pastroq bo'lsa. Ionlarni "to'xtatilgan" holatda ushlab turadigan kuch protonlarning temir ionlariga ko'tarilgan oqimi orqali to'qnashuvlar paytida uzatiladigan impuls bo'lishi mumkin. Bu kuchlarning muvozanat holatidan proton oqimini topish oson. Bu keyinchalik to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlar bilan tasdiqlangan gidrodinamik nazariya bilan bir xil bo'lib chiqdi. 1955 yil uchun bu muhim yutuq edi, ammo o'sha paytda hech kim "dinamik toj" ga ishonmadi.
Uch yil o'tgach, Evgeniy Parker Chapman modelidagi Quyoshdan issiq oqim va Biermann gipotezasidagi kometa dumlarini uchirib yuboradigan zarralar oqimi bir xil hodisaning ikkita ko'rinishi degan xulosaga keldi. "quyosh shamoli". Parker quyosh tojini Quyosh tomonidan kuchli jalb qilishiga qaramay, u issiqlikni shunchalik yaxshi o'tkazishini va uzoq masofada issiq bo'lishini ko'rsatdi. Quyoshdan uzoqlashganda uning tortishish kuchi zaiflashgani sababli, materiyaning sayyoralararo bo'shliqqa tovushdan tez chiqishi yuqori tojdan boshlanadi. Bundan tashqari, Parker birinchi bo'lib tortishishning zaiflashishi ta'siri gidrodinamik oqimga Laval nozullari kabi ta'sir qilishini ta'kidladi: u oqimning subsonik fazadan supersonik fazaga o'tishini keltirib chiqaradi.
Parkerning nazariyasi qattiq tanqid qilindi. 1958 yilda Astrofizika jurnaliga yuborilgan maqola ikki sharhlovchi tomonidan rad etilgan va faqat muharrir Subramanian Chandrasekhar tufayli uni jurnal sahifalarida joylashtirgan.
Biroq, 1959 yil yanvar oyida quyosh shamolining xususiyatlarini birinchi to'g'ridan-to'g'ri o'lchash (Konstantin Gringauz, IKI RAS) Sovet Luna-1 tomonidan sintillyatsiya hisoblagichi va unga o'rnatilgan gaz ionlash detektori yordamida amalga oshirildi. Uch yil o'tgach, xuddi shunday o'lchovlar amerikalik Marsiya Noygebauer tomonidan Mariner 2 stantsiyasidan olingan ma'lumotlardan foydalangan holda amalga oshirildi.
Shunga qaramay, shamolning yuqori tezlikka tezlashishi hali tushunilmagan va Parker nazariyasidan tushuntirib bo'lmaydi. Magnit gidrodinamika tenglamalaridan foydalangan holda tojdagi quyosh shamolining birinchi raqamli modellari 1971 yilda Pneumann va Knopp tomonidan yaratilgan.
1990-yillarning oxirida ultrabinafsha toj spektrometridan foydalangan holda ( Ultraviyole toj spektrometri (UVCS) ) bortda quyosh qutblarida tez quyosh shamoli sodir bo'ladigan hududlarni kuzatish amalga oshirildi. Ma'lum bo'lishicha, shamol tezlashishi sof termodinamik kengayish asosida kutilganidan ancha yuqori. Parkerning modeli shamol tezligi fotosferadan 4 quyosh radiusi balandlikda tovushdan yuqori bo'lishini bashorat qilgan va kuzatishlar bu o'tish sezilarli darajada pastroq, taxminan 1 quyosh radiusida sodir bo'lishini ko'rsatdi va bu quyosh shamolini tezlashtirish uchun qo'shimcha mexanizm mavjudligini tasdiqladi.
Xususiyatlari
Geliosfera oqimi varaqasi Quyoshning aylanadigan magnit maydonining quyosh shamolidagi plazmaga ta'siri natijasidir.
Quyosh shamoli tufayli Quyosh har soniyada bir million tonnaga yaqin materiyani yo'qotadi. Quyosh shamoli asosan elektronlar, protonlar va geliy yadrolaridan (alfa zarralari) iborat; boshqa elementlarning yadrolari va ionlashtirilmagan zarrachalar (elektr neytral) juda oz miqdorda mavjud.
Quyosh shamoli Quyoshning tashqi qatlamidan kelsa-da, bu qatlamdagi elementlarning haqiqiy tarkibini aks ettirmaydi, chunki differentsiatsiya jarayonlari natijasida ba'zi elementlarning tarkibi ko'payadi va ba'zilari kamayadi (FIP effekti).
Quyosh shamolining intensivligi quyosh faolligi va uning manbalarining o'zgarishiga bog'liq. Yer orbitasida (Quyoshdan taxminan 150 million km uzoqlikda) uzoq muddatli kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, quyosh shamoli tuzilishga ega bo'lib, odatda tinch va bezovta (sporadik va takroriy) ga bo'linadi. Tezlikka qarab tinch oqimlar ikki sinfga bo'linadi: sekin(Yer orbitasi atrofida taxminan 300-500 km/s) va tez(Yer orbitasi atrofida 500-800 km/s). Ba'zan statsionar shamol sayyoralararo magnit maydonning turli qutbli hududlarini ajratib turadigan va o'z xususiyatlarida sekin shamolga yaqin bo'lgan geliosfera oqimi qatlamini anglatadi.
Sekin quyosh shamoli
Sekin quyosh shamoli quyosh tojining "sokin" qismi (toj oqimlari hududi) tomonidan uning gaz-dinamik kengayishi paytida hosil bo'ladi: taxminan 2 10 6 K toj haroratida toj gidrostatik muvozanat sharoitida bo'lolmaydi. , va bu kengayish, mavjud chegara sharoitida, koronal moddalarning tovushdan yuqori tezlikka qadar tezlashishiga olib kelishi kerak. Quyosh tojining bunday haroratgacha qizdirilishi quyosh fotosferasidagi issiqlik almashinuvining konvektiv tabiati tufayli yuzaga keladi: plazmadagi konvektiv turbulentlikning rivojlanishi intensiv magnitosonik to'lqinlarning paydo bo'lishi bilan birga keladi; o'z navbatida, quyosh atmosferasining zichligini pasaytirish yo'nalishi bo'yicha tarqalayotganda, tovush to'lqinlari zarba to'lqinlariga aylanadi; zarba to'lqinlari toj moddasi tomonidan samarali so'riladi va uni (1-3) 10 6 K haroratgacha qizdiradi.
Tez quyosh shamoli
Takrorlanuvchi tez quyosh shamoli oqimlari Quyosh tomonidan bir necha oy davomida chiqariladi va Yerdan kuzatilganda qaytish davri 27 kun (Quyoshning aylanish davri) bo'ladi. Bu oqimlar toj teshiklari bilan bog'liq - nisbatan past haroratli (taxminan 0,8 · 10 6 K), plazma zichligi pasaygan (tojning tinch hududlari zichligining to'rtdan bir qismi) va tojning radial magnit maydoni. quyosh.
Bezovta qilingan oqimlar
Bezovta qilingan oqimlarga koronal massa ejeksiyonlarining (CME) sayyoralararo ko'rinishlari, shuningdek, tez CMEs (ingliz adabiyotida Sheath deb ataladi) va koronal teshiklardan tez oqimlar oldidagi siqilish hududlari (Corotating interaction region - Ingliz adabiyotida CIR deb ataladi) kiradi. . Sheath va CIR kuzatuvlarining taxminan yarmi oldin sayyoralararo zarba to'lqiniga ega bo'lishi mumkin. Quyosh shamolining buzilgan turlarida sayyoralararo magnit maydon ekliptika tekisligidan chetga chiqishi va janubiy maydon komponentini o'z ichiga olishi mumkin, bu ko'plab kosmik ob-havo effektlariga (geomagnit faollik, shu jumladan magnit bo'ronlari) olib keladi. Bezovta qilingan sporadik oqimlar ilgari quyosh chaqnashlari tufayli yuzaga keladi deb taxmin qilingan, ammo quyosh shamolidagi sporadik oqimlar endi tojning ejeksiyonlari tufayli yuzaga keladi deb taxmin qilinadi. Shu bilan birga, shuni ta'kidlash kerakki, quyosh chaqnashlari ham, koronal ejeksiyonlar ham Quyoshdagi bir xil energiya manbalari bilan bog'liq va ular o'rtasida statistik bog'liqlik mavjud.
Quyosh shamolining turli xil keng ko'lamli turlarini kuzatish vaqtiga ko'ra, tez va sekin oqimlar taxminan 53%, geliosfera oqimi qatlami 6%, CIR - 10%, CME - 22%, qobiq - 9% va o'rtasidagi nisbat har xil turdagi kuzatuv vaqti quyosh sikli faolligida katta farq qiladi.
Quyosh shamoli ta'sirida yuzaga keladigan hodisalar
Quyosh shamoli plazmasining yuqori o'tkazuvchanligi tufayli quyosh magnit maydoni tashqariga chiqadigan shamol oqimlariga muzlab qoladi va sayyoralararo magnit maydon shaklida sayyoralararo muhitda kuzatiladi.
Quyosh shamoli geliosferaning chegarasini tashkil qiladi, buning natijasida u kirib borishni oldini oladi. Quyosh shamolining magnit maydoni tashqaridan kelayotgan galaktik kosmik nurlarni sezilarli darajada zaiflashtiradi. Sayyoralararo magnit maydonning mahalliy o'sishi kosmik nurlarning qisqa muddatli pasayishiga olib keladi, Forbush kamayadi va maydonning keng miqyosli pasayishi ularning uzoq muddatli o'sishiga olib keladi. Shunday qilib, 2009 yilda uzoq davom etgan minimal quyosh faolligi davrida Yer yaqinida radiatsiya intensivligi ilgari kuzatilgan barcha maksimallarga nisbatan 19% ga oshdi.
Quyosh shamoli Quyosh tizimida magnit maydonga ega bo'lgan hodisalarni, masalan, magnitosfera, auroralar va sayyoralarning radiatsiya kamarlarini keltirib chiqaradi.
1-rasm. Helisfera
Shakl 2. Quyosh chaqnashi.
Quyosh shamoli - bu quyoshdan kelib chiqadigan doimiy plazma oqimi bo'lib, u Quyoshdan taxminan radial tarzda tarqaladi va Quyosh tizimini 100 AB darajasidagi geliotsentrik masofalarga to'ldiradi. Quyosh energiyasi quyosh tojining sayyoralararo bo'shliqqa gaz-dinamik kengayishi paytida hosil bo'ladi.
Quyosh shamolining Yer orbitasidagi o'rtacha xarakteristikalari: tezligi 400 km/s, proton zichligi - 6 dan 1 gacha, protonning harorati 50 000 K, elektronning harorati 150 000 K, magnit maydon kuchi 5 oersted. Quyosh shamol oqimlarini ikki sinfga bo'lish mumkin: sekin - taxminan 300 km / s tezlikda va tez - 600-700 km / s tezlikda. Quyoshning magnit maydonining turli yo'nalishlari bo'lgan hududlarida paydo bo'ladigan quyosh shamoli turli yo'naltirilgan sayyoralararo magnit maydonlari bo'lgan oqimlarni hosil qiladi - bu sayyoralararo magnit maydonning sektor tuzilishi deb ataladi.
Sayyoralararo sektor tuzilishi - Quyosh shamolining kuzatilayotgan keng ko'lamli tuzilishini sayyoralararo magnit maydonning radial komponentining turli yo'nalishlari bo'lgan teng sonli sektorlarga bo'linishi.
Quyosh shamolining xususiyatlari (tezlik, harorat, zarrachalar kontsentratsiyasi va boshqalar), shuningdek, o'rtacha, har bir sektorning kesimida tabiiy ravishda o'zgaradi, bu sektor ichida Quyosh shamolining tez oqimining mavjudligi bilan bog'liq. Sektorlar chegaralari odatda Quyosh shamolining sekin oqimida joylashgan.Koʻpincha Quyosh bilan birga aylanuvchi ikki yoki toʻrt sektor kuzatiladi. Quyosh shamoli keng ko'lamli toj magnit maydonini cho'zganida hosil bo'lgan bu tuzilmani bir necha quyosh inqiloblarida kuzatish mumkin. Sektor tuzilishi sayyoralararo muhitda Quyosh bilan birga aylanadigan oqim varaqining mavjudligi natijasidir. Joriy varaq magnit maydonda sakrashni hosil qiladi: qatlam ustida, sayyoralararo magnit maydonning radial komponenti bitta belgiga ega, uning ostida - boshqa. Hozirgi varaq taxminan quyosh ekvatori tekisligida joylashgan va buklangan tuzilishga ega. Quyoshning aylanishi oqim qatlamining burmalarini spiralda ("balerina effekti" deb ataladi) burishiga olib keladi. Ekliptika tekisligiga yaqin bo'lgan holda, kuzatuvchi o'zini hozirgi varaqning tepasida yoki pastida topadi, buning natijasida u sayyoralararo magnit maydonning radial komponentining turli belgilariga ega bo'lgan sektorlarda topiladi.
Quyosh shamoli Quyosh shamolini (Merkuriy, Yer, Yupiter, Saturnning magnit maydonlari yoki Venera va, ehtimol, Marsning o'tkazuvchi ionosferalari) samarali ravishda yo'naltirishi mumkin bo'lgan to'siqlar atrofida oqganda, kamon zarba to'lqini hosil bo'ladi. Quyosh shamoli zarba to'lqinining old qismida sekinlashadi va qiziydi, bu esa uning to'siq atrofida harakatlanishiga imkon beradi. Shu bilan birga, Quyosh shamolida bo'shliq - magnitosfera hosil bo'ladi, uning shakli va o'lchami sayyora magnit maydonining bosimi va oqayotgan plazma oqimining bosimi muvozanati bilan belgilanadi. Shok to'lqini frontining qalinligi taxminan 100 km. Quyosh shamolining o'tkazmaydigan jism (Oy) bilan o'zaro ta'sirida zarba to'lqini paydo bo'lmaydi: plazma oqimi sirt tomonidan so'riladi va tananing orqasida asta-sekin quyosh bilan to'ldirilgan bo'shliq hosil bo'ladi. shamol plazmasi.
Koronal plazma chiqishining statsionar jarayoni quyosh chaqnashlari bilan bog'liq bo'lgan statsionar bo'lmagan jarayonlar bilan qoplanadi. Kuchli quyosh chaqnashlari paytida materiya tojning pastki qismlaridan sayyoralararo muhitga chiqariladi. Bu shuningdek, quyosh shamoli plazmasi orqali harakatlanayotganda asta-sekin sekinlashadigan zarba to'lqinini keltirib chiqaradi.
Yerga zarba to'lqinining kelishi magnitosferaning siqilishiga olib keladi, shundan so'ng odatda magnit bo'ronining rivojlanishi boshlanadi.
Quyosh shamoli taxminan 100 AU masofaga cho'ziladi, bu erda yulduzlararo muhitning bosimi quyosh shamolining dinamik bosimini muvozanatlashtiradi. Yulduzlararo muhitda Quyosh shamoli tomonidan supurilgan bo'shliq geliosferani hosil qiladi. Quyosh shamoli unga muzlab qolgan magnit maydon bilan birga kam energiyali galaktik kosmik nurlarning Quyosh tizimiga kirib kelishiga to'sqinlik qiladi va yuqori energiyali kosmik nurlarning o'zgarishiga olib keladi.
Quyosh shamoliga o'xshash hodisa boshqa yulduzlarning ayrim turlarida ham aniqlangan (yulduz shamoli).
Quyoshning markazidagi termoyadro reaksiyasidan quvvatlanadigan energiya oqimi boshqa yulduzlardan farqli o'laroq, xayriyatki, nihoyatda barqarordir. Uning katta qismi oxir-oqibat Quyoshning yupqa sirt qatlami - fotosfera tomonidan ko'rinadigan va infraqizil diapazonda elektromagnit to'lqinlar shaklida chiqariladi. Quyosh konstantasi (Yer orbitasidagi quyosh energiyasi oqimining miqdori) 1370 Vt/. Tasavvur qilishingiz mumkinki, Yer yuzasining har bir kvadrat metriga bitta elektr choynak quvvati to'g'ri keladi. Fotosferaning tepasida quyosh toji - Yerdan faqat quyosh tutilishi paytida ko'rinadigan va millionlab daraja haroratga ega noyob va issiq plazma bilan to'ldirilgan zona joylashgan.
Bu Quyoshning eng beqaror qobig'i bo'lib, unda Yerga ta'sir qiluvchi quyosh faolligining asosiy ko'rinishlari paydo bo'ladi. Quyosh tojining shaggy ko'rinishi uning magnit maydonining tuzilishini - kuch chiziqlari bo'ylab cho'zilgan yorqin plazma to'plamlarini namoyish etadi. Tojdan oqib chiqadigan issiq plazma quyosh shamolini - ionlar (96% vodorod yadrolari - protonlar va 4% geliy yadrolari - alfa zarralaridan iborat) va elektronlar oqimini hosil qilib, sayyoralararo fazoga 400-800 km/s tezlikda tezlashadi. .
Quyosh shamoli cho'zilib, quyosh magnit maydonini olib ketadi.
Buning sababi shundaki, plazmaning tashqi tojdagi yo'naltirilgan harakatining energiyasi magnit maydon energiyasidan kattaroqdir va muzlash printsipi maydonni plazma orqasiga tortadi. Bunday radial oqimning Quyoshning aylanishi bilan uyg'unligi (va magnit maydon uning yuzasiga "biriktirilgan") sayyoralararo magnit maydonning spiral tuzilishi - Parker spirali deb ataladigan shakllanishiga olib keladi.
Quyosh shamoli va magnit maydoni butun quyosh tizimini to'ldiradi va shuning uchun Yer va boshqa barcha sayyoralar aslida Quyosh tojida joylashgan bo'lib, nafaqat elektromagnit nurlanish, balki quyosh shamoli va quyosh magnit maydonining ta'sirini ham boshdan kechiradi.
Minimal faollik davrida quyosh magnit maydonining konfiguratsiyasi dipolga yaqin va Yer magnit maydonining shakliga o'xshaydi. Faoliyat maksimal darajaga yaqinlashganda, magnit maydonning tuzilishi to'liq aniq bo'lmagan sabablarga ko'ra murakkablashadi. Eng go'zal farazlardan biri shundaki, Quyosh aylanayotganda magnit maydon uni o'rab, asta-sekin fotosfera ostiga tushib ketadi. Vaqt o'tishi bilan, faqat quyosh tsikli davomida, sirt ostida to'plangan magnit oqim shunchalik katta bo'ladiki, maydon chiziqlari to'plamlari tashqariga chiqarila boshlaydi.
Maydon chiziqlarining chiqish nuqtalari fotosferada dog'lar va tojdagi magnit halqalarni hosil qiladi, ular Quyoshning rentgen tasvirlarida plazma porlashi kuchaygan joylar sifatida ko'rinadi. Quyosh dog'lari ichidagi maydonning kattaligi 0,01 teslaga etadi, bu sokin Quyosh maydonidan yuz baravar katta.
Intuitiv ravishda magnit maydonning energiyasi maydon chiziqlarining uzunligi va soni bilan bog'liq bo'lishi mumkin: energiya qanchalik baland bo'lsa, ular shunchalik ko'p. Quyosh maksimal darajasiga yaqinlashganda, dalada to'plangan ulkan energiya vaqti-vaqti bilan portlash bilan ajralib chiqa boshlaydi, quyosh tojining zarralarini tezlashtirish va isitish uchun sarflanadi.
Ushbu jarayon bilan birga keladigan Quyoshdan qisqa to'lqinli elektromagnit nurlanishning o'tkir kuchli portlashlari quyosh chaqnashlari deb ataladi. Yer yuzasida chaqnashlar ko'rinadigan diapazonda quyosh yuzasining alohida joylari yorqinligining kichik o'sishi sifatida qayd etiladi.
Biroq, kosmik kemada o'tkazilgan birinchi o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, chaqnashlarning eng sezilarli ta'siri quyosh rentgen nurlari va energiya zaryadlangan zarrachalar - quyosh kosmik nurlari oqimining sezilarli darajada (yuzlab martagacha) oshishi hisoblanadi.
Ba'zi chaqnashlar paytida quyosh shamoliga katta miqdordagi plazma va magnit maydon ham chiqariladi - magnit bulutlar deb ataladi, ular sayyoralararo bo'shliqqa tez tarqala boshlaydi va uchlari Quyoshga tayanadigan magnit halqa shaklini saqlaydi.
Plazma zichligi va bulut ichidagi magnit maydonning kattaligi quyosh shamolidagi ushbu parametrlarning odatdagi tinch vaqt qiymatlaridan o'nlab baravar yuqori.
Katta olov paytida 1025 joulgacha energiya ajralib chiqishi mumkin bo'lsa-da, energiya oqimining quyosh maksimal darajasiga umumiy o'sishi kichik bo'lib, atigi 0,1-0,2% ni tashkil qiladi.
1957 yilda Chikago universiteti professori E. Parker "quyosh shamoli" deb atalgan hodisani nazariy jihatdan bashorat qildi. K.I.Gringauz guruhi tomonidan Sovet Luna-2 va Luna-3 kosmik kemalariga o'rnatilgan asboblar yordamida bu bashorat eksperimental tarzda tasdiqlanishi uchun ikki yil kerak bo'ldi. Bu qanday hodisa?
Quyosh shamoli to'liq ionlangan vodorod gazining oqimi bo'lib, odatda elektronlar va protonlarning zichligi taxminan teng bo'lganligi sababli to'liq ionlangan vodorod plazmasi deb ataladi (kvasineytrallik holati), u Quyoshdan uzoqroqda tezlashadi. Yer orbitasi hududida (bir astronomik birlikda yoki Quyoshdan 1 AU masofada) uning tezligi proton harorati T E » 100 000 K va elektron harorati biroz yuqoriroq bo'lganida, tezligi V E » 400–500 km/sek o'rtacha qiymatga etadi ( Bu erda va bundan keyin "E" indeksi Yer orbitasiga ishora qiladi). Bunday haroratlarda tezlik 1 AU ga tovush tezligidan sezilarli darajada yuqori, ya'ni. Quyosh shamolining Yer orbitasi hududidagi oqimi tovushdan tez (yoki gipertovushli)dir. Protonlarning (yoki elektronlarning) o'lchangan kontsentratsiyasi juda kichik va n E » kub santimetr uchun 10-20 zarrachani tashkil qiladi. Sayyoralararo fazoda protonlar va elektronlarga qo'shimcha ravishda alfa zarralari (proton kontsentratsiyasining bir necha foizi darajasida), oz miqdordagi og'irroq zarralar, shuningdek sayyoralararo magnit maydon topildi, ularning o'rtacha induksiya qiymati chiqdi. Yer orbitasida bir necha gamma tartibida bo'lish (1g = 10 –5 gauss).
Statik quyosh toji g'oyasining qulashi.
Uzoq vaqt davomida barcha yulduz atmosferalari gidrostatik muvozanat holatida ekanligiga ishonishgan, ya'ni. ma'lum bir yulduzning tortishish kuchi bosim gradienti bilan bog'liq kuch bilan muvozanatlangan holatda (yulduz atmosferasidagi masofadagi bosimning o'zgarishi). r yulduz markazidan. Matematik jihatdan bu muvozanat oddiy differentsial tenglama sifatida ifodalanadi,
Qayerda G- tortishish doimiysi; M* - yulduzning massasi, p va r - bir oz masofada bosim va massa zichligi r yulduzdan. Ideal gazning holat tenglamasidan massa zichligini ifodalash
R= r RT
bosim va harorat orqali va hosil bo'lgan tenglamani integrallash orqali biz barometrik formulani olamiz ( R– gaz konstantasi), bu alohida holatda doimiy harorat T kabi ko'rinadi
Qayerda p 0 - yulduz atmosferasi tubidagi bosimni ifodalaydi (da r = r 0). Parker ishidan oldin quyosh atmosferasi, boshqa yulduzlarning atmosferalari kabi, gidrostatik muvozanat holatida ekanligiga ishonishganligi sababli, uning holati shunga o'xshash formulalar bilan aniqlangan. Haroratning Quyosh yuzasida taxminan 10 000 K dan quyosh tojida 1 000 000 K gacha keskin ko'tarilishi g'ayrioddiy va hali to'liq tushunilmagan hodisani hisobga olgan holda S. Chapman statik quyosh toji nazariyasini ishlab chiqdi, bu taxmin qilingan edi. Quyosh tizimini o'rab turgan mahalliy yulduzlararo muhitga muammosiz o'tish. Bundan kelib chiqadiki, S.Chepmanning g'oyalariga ko'ra, Yer Quyosh atrofida aylanishlarini amalga oshirib, statik quyosh tojiga botiriladi. Bu nuqtai nazarni astrofiziklar uzoq vaqtdan beri baham ko'rishgan.
Parker bu allaqachon shakllangan g'oyalarga zarba berdi. U e'tiborni cheksizlikdagi bosim (da r Barometrik formuladan olingan ® h) o'sha paytda mahalliy yulduzlararo muhit uchun qabul qilingan bosimdan deyarli 10 baravar kattaroqdir. Ushbu nomuvofiqlikni bartaraf etish uchun E. Parker quyosh toji gidrostatik muvozanatda bo'lishi mumkin emas, balki Quyoshni o'rab turgan sayyoralararo muhitga doimiy ravishda kengayib borishi kerakligini taklif qildi, ya'ni. radial tezlik V quyosh toji nolga teng emas. Bundan tashqari, u gidrostatik muvozanat tenglamasi o'rniga, u shaklning gidrodinamik harakat tenglamasidan foydalanishni taklif qildi, bu erda M E - Quyoshning massasi.
Berilgan harorat taqsimoti uchun T, Quyoshdan masofaning funksiyasi sifatida, bu tenglamani bosimning barometrik formulasi va shakldagi massa saqlanish tenglamasi yordamida hal qilish
Quyosh shamoli sifatida talqin qilinishi mumkin va bu eritma yordamida subsonik oqimdan o'tish (da). r r *) tovushdan tezgacha (at r > r*) bosimni sozlash mumkin R mahalliy yulduzlararo muhitda bosim bilan va shuning uchun tabiatda quyosh shamoli deb ataladigan bu eritma amalga oshiriladi.
Sayyoralararo kosmosga kirgan birinchi kosmik kemada o'tkazilgan sayyoralararo plazma parametrlarining birinchi to'g'ridan-to'g'ri o'lchovlari Parkerning tovushdan tez quyosh shamoli mavjudligi haqidagi fikrining to'g'riligini tasdiqladi va ma'lum bo'ldiki, allaqachon Yer orbitasi hududida. quyosh shamolining tezligi tovush tezligidan ancha yuqori. O'shandan beri Chapmanning quyosh atmosferasining gidrostatik muvozanati haqidagi g'oyasi noto'g'ri ekanligiga shubha yo'q va quyosh toji sayyoralararo bo'shliqqa tovushdan yuqori tezlikda doimiy ravishda kengayib bormoqda. Biroz vaqt o'tgach, astronomik kuzatishlar shuni ko'rsatdiki, boshqa ko'plab yulduzlarda quyosh shamoliga o'xshash "yulduz shamollari" mavjud.
Quyosh shamoli nazariy jihatdan sferik simmetrik gidrodinamik model asosida bashorat qilinganiga qaramay, hodisaning o'zi ancha murakkab bo'lib chiqdi.
Quyosh shamoli harakatining haqiqiy namunasi qanday? Uzoq vaqt davomida quyosh shamoli sferik simmetrik deb hisoblangan, ya'ni. quyosh kengligi va uzunligidan mustaqil. 1990 yilgacha kosmik kemalar, Uliss kosmik kemasi uchirilgandan so'ng, asosan ekliptik tekislikda uchganligi sababli, bunday kosmik kemalardagi o'lchovlar quyosh shamoli parametrlarini faqat shu tekislikda taqsimlash imkonini berdi. Kometa dumlarining egilishi kuzatuvlariga asoslangan hisob-kitoblar quyosh shamoli parametrlarining quyosh kengligidan taxminan mustaqilligini ko'rsatdi, ammo kometa kuzatuvlariga asoslangan bu xulosa ushbu kuzatishlarni izohlashdagi qiyinchiliklar tufayli etarlicha ishonchli emas edi. Quyosh shamoli parametrlarining uzunlamasına bog'liqligi kosmik kemalarda o'rnatilgan asboblar bilan o'lchangan bo'lsa-da, u ahamiyatsiz edi va quyosh kelib chiqadigan sayyoralararo magnit maydoni yoki Quyoshdagi qisqa muddatli statsionar bo'lmagan jarayonlar (asosan quyosh chaqnashlari bilan) bilan bog'liq edi. .
Ekliptika tekisligida plazma va magnit maydon parametrlarini o'lchash shuni ko'rsatdiki, sayyoralararo fazoda quyosh shamolining turli parametrlari va magnit maydonning turli yo'nalishlariga ega bo'lgan sektor tuzilmalari mavjud bo'lishi mumkin. Bunday tuzilmalar Quyosh bilan birga aylanadi va ularning parametrlari quyosh uzunligiga bog'liq bo'lgan quyosh atmosferasidagi o'xshash tuzilishning natijasi ekanligini aniq ko'rsatadi. Sifatli to'rt sektorli tuzilma shaklda ko'rsatilgan. 1.
Shu bilan birga, yerga asoslangan teleskoplar Quyosh yuzasida umumiy magnit maydonni aniqlaydi. Uning o'rtacha qiymati 1 G ga baholanadi, garchi alohida fotosfera hosilalarida, masalan, quyosh dog'larida magnit maydon kattaroq bo'lishi mumkin. Plazma elektr tokini yaxshi o'tkazuvchisi bo'lganligi sababli, quyosh magnit maydonlari qandaydir tarzda quyosh shamoli bilan o'zaro ta'sir qiladi. j ґ B. Bu kuch radial yo'nalishda kichik, ya'ni. u quyosh shamolining radial komponentining taqsimlanishiga deyarli ta'sir qilmaydi, lekin uning radial yo'nalishga perpendikulyar yo'nalishga proyeksiyasi quyosh shamolida tangensial tezlik komponentining paydo bo'lishiga olib keladi. Ushbu komponent radialdan deyarli ikki daraja kichikroq bo'lsa-da, u Quyoshdan burchak momentumini olib tashlashda muhim rol o'ynaydi. Astrofiziklarning ta'kidlashicha, oxirgi holat nafaqat Quyoshning, balki yulduz shamoli aniqlangan boshqa yulduzlarning ham evolyutsiyasida muhim rol o'ynashi mumkin. Xususan, kech spektral sinf yulduzlarining burchak tezligining keskin kamayishini tushuntirish uchun ular aylanish momentini atrofida hosil bo'lgan sayyoralarga o'tkazishi haqidagi gipoteza ko'pincha qo'llaniladi. Magnit maydon mavjud bo'lganda undan plazmaning chiqishi natijasida Quyoshning burchak momentumini yo'qotishning ko'rib chiqilayotgan mexanizmi ushbu gipotezani qayta ko'rib chiqish imkoniyatini ochadi.
O'rtacha magnit maydonni nafaqat Yer orbitasi mintaqasida, balki katta geliotsentrik masofalarda ham o'lchash (masalan, Voyager 1 va 2 va Pioneer 10 va 11 kosmik kemalarida) ekliptika tekisligida deyarli mos kelishini ko'rsatdi. Quyosh ekvatorining tekisligi, uning kattaligi va yo'nalishi formulalar bilan yaxshi tasvirlangan
Parker tomonidan qabul qilindi. Arximedning Parker spirali deb ataladigan bu formulalarda, miqdorlar B r, B j – mos ravishda magnit induksiya vektorining radial va azimutal komponentlari, W – Quyoshning aylanish burchak tezligi, V- quyosh shamolining radial komponenti, indeks "0" magnit maydonning kattaligi ma'lum bo'lgan quyosh tojining nuqtasini bildiradi.
1990-yil oktabr oyida Yevropa kosmik agentligining “Uliss” kosmik kemasini uchirilishi, uning traektoriyasi endi Quyosh atrofida ekliptik tekislikka perpendikulyar tekislikda aylanib chiqishi uchun hisoblab chiqilgani quyosh shamolining sharsimon simmetrik ekanligi haqidagi g‘oyani butunlay o‘zgartirdi. Shaklda. 2-rasmda quyosh kengligining funksiyasi sifatida Uliss kosmik kemasida o'lchangan quyosh shamoli protonlarining radial tezligi va zichligi taqsimoti ko'rsatilgan.
Bu raqam quyosh shamoli parametrlarining kuchli kengliklarga bog'liqligini ko'rsatadi. Ma'lum bo'lishicha, quyosh shamolining tezligi ortib boradi va protonlar zichligi geliografik kenglik bilan kamayadi. Va agar ekliptik tekislikda radial tezlik o'rtacha ~ 450 km / sek va proton zichligi ~ 15 sm-3 bo'lsa, u holda, masalan, 75 ° quyosh kengligida bu qiymatlar ~ 700 km / sek va mos ravishda ~5 sm–3. Quyosh shamoli parametrlarining kenglikka bog'liqligi minimal quyosh faolligi davrida kamroq aniqlanadi.
Quyosh shamolidagi statsionar bo'lmagan jarayonlar.
Parker tomonidan taklif qilingan model quyosh shamolining sferik simmetriyasini va uning parametrlarining vaqtdan mustaqilligini (ko'rib chiqilayotgan hodisaning statsionarligi) nazarda tutadi. Biroq, Quyoshda sodir bo'ladigan jarayonlar, umuman olganda, statsionar emas, shuning uchun quyosh shamoli ham harakatsiz emas. Parametrlardagi o'zgarishlarning xarakterli vaqtlari juda xilma-xil o'lchovlarga ega. Xususan, quyosh faolligining 11 yillik tsikli bilan bog'liq quyosh shamoli parametrlarida o'zgarishlar mavjud. Shaklda. 3-rasmda IMP-8 va Voyager-2 kosmik kemalari (r) yordamida o'lchangan quyosh shamolining o'rtacha (300 kundan ortiq) dinamik bosimi ko'rsatilgan. V 2) Quyosh faolligining 11 yillik quyosh tsikli davomida Yer orbitasi hududida (1 AU da) (rasmning yuqori qismi). Shaklning pastki qismida. 3-rasmda 1978 yildan 1991 yilgacha bo'lgan davrda quyosh dog'lari sonining o'zgarishi ko'rsatilgan (maksimal raqam quyoshning maksimal faolligiga to'g'ri keladi). Ko'rinib turibdiki, quyosh shamolining parametrlari taxminan 11 yil davomida xarakterli vaqt ichida sezilarli darajada o'zgaradi. Shu bilan birga, Uliss kosmik kemasida o'tkazilgan o'lchovlar shuni ko'rsatdiki, bunday o'zgarishlar nafaqat ekliptika tekisligida, balki boshqa geliografik kengliklarda ham sodir bo'ladi (qutblarda quyosh shamolining dinamik bosimi ekvatorga qaraganda bir oz yuqori).
Quyosh shamoli parametrlarining o'zgarishi ancha kichikroq vaqt oralig'ida ham sodir bo'lishi mumkin. Masalan, Quyoshdagi chaqnashlar va quyosh tojining turli mintaqalaridan plazma chiqishining turli tezligi sayyoralararo fazoda tezlik, zichlik, bosim va haroratning keskin sakrashi bilan ajralib turadigan sayyoralararo zarba to'lqinlarining paydo bo'lishiga olib keladi. Ularning hosil bo'lish mexanizmi rasmda sifat jihatidan ko'rsatilgan. 4. Har qanday gazning tez oqimi (masalan, quyosh plazmasi) sekinroq oqimiga yetib kelganda, ular bilan aloqa qilish joyida gazning parametrlarida ixtiyoriy bo'shliq paydo bo'ladi, bunda massa, impulsning saqlanish qonunlari amal qiladi. va energiya qoniqmaydi. Bunday uzilish tabiatda bo'lishi mumkin emas va, xususan, ikkita zarba to'lqiniga (ular bo'yicha massa, impuls va energiyaning saqlanish qonunlari Gyugonio munosabatlariga olib keladi) va tangensial uzilishga (bir xil saqlanish qonunlari olib keladi) bo'linadi. undagi bosim va normal tezlik komponenti uzluksiz bo'lishi kerakligiga). Shaklda. 4-rasmda bu jarayon sferik simmetrik yonishning soddalashtirilgan ko'rinishida ko'rsatilgan. Bu erda shuni ta'kidlash kerakki, oldinga zarba to'lqini, tangensial uzilish va ikkinchi zarba to'lqinidan (teskari zarba) iborat bunday tuzilmalar Quyoshdan shunday harakat qiladiki, oldinga zarba tezligidan kattaroq tezlikda harakat qiladi. quyosh shamoli, teskari zarba Quyoshdan quyosh shamoli tezligidan bir oz past tezlikda harakat qiladi va tangensial uzilish tezligi quyosh shamolining tezligiga teng. Bunday tuzilmalar kosmik kemalarga o'rnatilgan asboblar tomonidan muntazam ravishda qayd etiladi.
Quyoshdan masofa bilan quyosh shamoli parametrlarining o'zgarishi haqida.
Quyosh shamoli tezligining Quyoshdan masofa bilan o'zgarishi ikki kuch bilan belgilanadi: quyosh tortishish kuchi va bosimning o'zgarishi bilan bog'liq kuch (bosim gradienti). Og'irlik kuchi Quyoshdan masofaning kvadrati sifatida kamayganligi sababli, uning ta'siri katta geliotsentrik masofalarda ahamiyatsiz. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, allaqachon Yer orbitasida uning ta'sirini, shuningdek, bosim gradientining ta'sirini e'tiborsiz qoldirish mumkin. Binobarin, quyosh shamolining tezligini deyarli doimiy deb hisoblash mumkin. Bundan tashqari, u tovush tezligidan (gipersonik oqim) sezilarli darajada oshadi. Keyin quyosh toji uchun yuqoridagi gidrodinamik tenglamadan kelib chiqadiki, zichlik r 1 / ga kamayadi. r 2. 1970-yillarning o'rtalarida uchirilgan va hozirda Quyoshdan bir necha o'nlab astronomik birliklarning masofalarida joylashgan Amerikaning Voyager 1 va 2, Pioneer 10 va 11 kosmik kemalari quyosh shamolining parametrlari haqidagi bu fikrlarni tasdiqladi. Shuningdek, ular sayyoralararo magnit maydon uchun nazariy jihatdan bashorat qilingan Parker Arximed spiralini tasdiqladilar. Biroq, quyosh toji kengayganligi sababli harorat adiabatik sovutish qonuniga amal qilmaydi. Quyoshdan juda katta masofada quyosh shamoli hatto isinishga intiladi. Bunday isitish ikkita sababga ko'ra bo'lishi mumkin: plazma turbulentligi bilan bog'liq energiyaning tarqalishi va quyosh tizimini o'rab turgan yulduzlararo muhitdan quyosh shamoliga kirib boradigan neytral vodorod atomlarining ta'siri. Ikkinchi sabab ham yuqorida qayd etilgan kosmik kemada aniqlangan katta geliotsentrik masofalarda quyosh shamolining biroz tormozlanishiga olib keladi.
Xulosa.
Shunday qilib, quyosh shamoli nafaqat kosmosdagi tabiiy sharoitlarda joylashgan plazmadagi jarayonlarni o'rganish bilan bog'liq bo'lgan ilmiy qiziqish uyg'otadigan fizik hodisa, balki sayyorada sodir bo'ladigan jarayonlarni o'rganishda e'tiborga olinishi kerak bo'lgan omildir. Yerning yaqinida, chunki bu jarayonlar bizning hayotimizga u yoki bu darajada ta'sir qiladi. Xususan, Yer magnitosferasi atrofida oqayotgan yuqori tezlikdagi quyosh shamoli oqimlari uning tuzilishiga ta'sir qiladi va Quyoshdagi statsionar bo'lmagan jarayonlar (masalan, chaqnashlar) magnit bo'ronlariga olib kelishi mumkin, bu esa radio aloqalarini buzadi va ob-havoning farovonligiga ta'sir qiladi. sezgir odamlar. Quyosh shamoli quyosh tojida paydo bo'lganligi sababli, uning Yer orbitasi mintaqasidagi xususiyatlari insonning amaliy faoliyati uchun muhim bo'lgan quyosh-er usti aloqalarini o'rganish uchun yaxshi ko'rsatkichdir. Biroq, bu ilmiy tadqiqotning yana bir sohasi bo'lib, biz ushbu maqolada to'xtalmaymiz.
Vladimir Baranov
V.B. Baranov, Moskva davlat universiteti. M.V. Lomonosov
Maqolada quyosh tojining (quyosh shamoli) tovushdan tez kengayishi muammosi ko'rib chiqiladi. To'rtta asosiy muammo tahlil qilinadi: 1) plazmaning quyosh tojidan chiqib ketishining sabablari; 2) bunday chiqish bir hil bo'ladi; 3) Quyoshdan masofa bilan quyosh shamoli parametrlarining o'zgarishi va 4) quyosh shamolining yulduzlararo muhitga qanday oqib o'tishi.
Kirish
Amerikalik fizigi E.Parker "quyosh shamoli" deb atalgan va bir necha yil o'tgach, sovet olimi K.Gringaus guruhi tomonidan o'rnatilgan asboblar yordamida eksperimental ravishda tasdiqlangan hodisani nazariy jihatdan bashorat qilganidan deyarli 40 yil o'tdi. Luna kosmik kemasi. 2" va "Luna-3". Quyosh shamoli - toʻliq ionlashgan vodorod plazmasi oqimi, yaʼni taxminan bir xil zichlikdagi elektron va protonlardan tashkil topgan gaz (kvazi-neytrallik holati), Quyoshdan yuqori tovush tezligida harakatlanadi. Yer orbitasida (Quyoshdan bir astronomik birlik (AU)) bu oqimning VE tezligi taxminan 400-500 km/s, protonlar (yoki elektronlar) kontsentratsiyasi ne = 10-20 zarracha kub santimetrga va ularning harorat Te taxminan 100 000 K ga teng (elektron harorati biroz yuqoriroq).
Elektronlar va protonlardan tashqari, alfa zarralari (bir necha foiz darajali), oz miqdordagi og'irroq zarralar, shuningdek magnit maydon, ularning o'rtacha induksiya qiymati Yerdagi bir necha gamma tartibida bo'lib chiqdi. orbitalar sayyoralararo fazoda kashf etilgan (1
= 10-5 G).Quyosh shamolining nazariy prognozi bilan bog'liq bir oz tarix
Nazariy astrofizikaning unchalik uzoq bo'lmagan tarixida, barcha yulduz atmosferalari gidrostatik muvozanatda, ya'ni yulduzning tortishish kuchi uning atmosferasidagi bosim gradienti bilan bog'liq bo'lgan kuch bilan muvozanatlangan holatda ekanligiga ishonishgan. markaziy yulduzlardan r birlik masofasiga bosimning o'zgarishi). Matematik jihatdan bu muvozanat oddiy differentsial tenglama sifatida ifodalanadi
bu erda R - gaz konstantasi, barometrik formula deb ataladigan osonlik bilan olinadi, bu doimiy haroratda T shakliga ega bo'ladi.
 |
(3) |
Formula (3)da p0 qiymati yulduz atmosferasi bazasidagi bosimni bildiradi (r = r0 da). Bu formuladan ko'rinib turibdiki, r uchun
, ya'ni yulduzdan juda katta masofalarda p bosimi chekli chegaraga intiladi, bu bosim p0 qiymatiga bog'liq.Quyosh atmosferasi, boshqa yulduzlarning atmosferalari kabi, gidrostatik muvozanat holatida ekanligiga ishonilganligi sababli, uning holati (1), (2), (3) formulalarga o'xshash formulalar bilan aniqlangan. Quyosh yuzasida haroratning taxminan 10 000 darajadan quyosh tojida 1 000 000 darajagacha keskin ko'tarilishi g'ayrioddiy va hali to'liq tushunilmagan hodisani hisobga olib, Chapman (masalan, qarang) statik quyosh toji nazariyasini ishlab chiqdi, Quyosh tizimini o'rab turgan yulduzlararo muhitga muammosiz o'tishi kerak edi.
Biroq, Parker o'zining kashshof ishida statik quyosh toji uchun (3) kabi formuladan olingan cheksizlikdagi bosim taxmin qilingan bosim qiymatidan deyarli kattaroq kattalik tartibiga aylanishiga e'tibor qaratdi. kuzatishlar asosida yulduzlararo gaz uchun. Ushbu nomuvofiqlikni bartaraf etish uchun Parker quyosh toji statik muvozanat holatida emas, balki Quyoshni o'rab turgan sayyoralararo muhitda doimiy ravishda kengayib borishini taklif qildi. Bundan tashqari, muvozanat tenglamasi (1) o'rniga u shaklning gidrodinamik harakat tenglamasidan foydalanishni taklif qildi.
 |
(4) |
Bu erda Quyosh bilan bog'langan koordinatalar tizimida V qiymati plazmaning radial tezligini ifodalaydi. ostida
Quyoshning massasiga ishora qiladi.Berilgan harorat taqsimoti T uchun (2) va (4) tenglamalar tizimi shaklda keltirilgan turdagi echimlarga ega. 1. Bu rasmda a tovush tezligini bildiradi va r* - gaz tezligi tovush tezligiga teng bo'lgan boshlang'ichdan masofa (V = a). Shubhasiz, rasmda faqat 1 va 2 egri chiziqlar. 1 Quyoshdan gaz chiqishi muammosi uchun jismoniy ma'noga ega, chunki 3 va 4 egri chiziqlar har bir nuqtada noyob bo'lmagan tezlik qiymatlariga ega va 5 va 6 egri chiziqlar quyosh atmosferasidagi juda yuqori tezliklarga to'g'ri keladi. teleskoplarda kuzatilgan. Parker 1-egri chiziqqa mos keladigan eritmaning tabiatda qanday sharoitlarda amalga oshishini tahlil qildi.U bunday eritmadan olingan bosimni yulduzlararo muhitdagi bosimga moslashtirish uchun eng real holat gazning o'tishini ko'rsatdi. subsonik oqim (r.da).< r*) к сверхзвуковому (при r >r*) va bunday oqimni quyosh shamoli deb atagan. Biroq, bu bayonot Chemberlenning ishida bahslashdi, u eng real echim hamma joyda subsonik "quyosh shabadasini" tasvirlaydigan 2-egri chiziqqa to'g'ri keladi, deb hisoblaydi. Shu bilan birga, Quyoshdan tovushdan tez gaz oqimini aniqlagan kosmik kemalardagi birinchi tajribalar (masalan, qarang), adabiyotga ko'ra, Chemberlen uchun etarlicha ishonchli bo'lib tuyulmadi.
Kosmosdagi tajribalar tarixi Parkerning quyosh shamoli haqidagi g'oyalari to'g'riligini yorqin tarzda isbotladi. Quyosh shamoli nazariyasi bo'yicha batafsil materiallarni, masalan, monografiyada topish mumkin.
Quyosh tojidan plazmaning bir xil chiqishi tushunchalari
Gaz dinamikasining bir o'lchovli tenglamalaridan ma'lum natijaga erishish mumkin: massa kuchlari bo'lmaganda, nuqta manbasidan gazning sferik simmetrik oqimi hamma joyda tovushdan yoki supersonik bo'lishi mumkin. (4) (o'ng tomon) tenglamada tortishish kuchining mavjudligi 1-rasmdagi egri chiziq kabi echimlarning paydo bo'lishiga olib keladi. 1, ya'ni tovush tezligidan o'tish bilan. Keling, barcha tovushdan tez uchuvchi reaktiv dvigatellarning asosi bo'lgan Laval nozulidagi klassik oqim bilan o'xshashlikni keltiramiz. Ushbu oqim sxematik tarzda rasmda ko'rsatilgan. 2.
Juda yuqori haroratgacha qizdirilgan gaz qabul qiluvchi deb ataladigan 1-tankga juda past tezlikda beriladi (gazning ichki energiyasi uning yo'naltirilgan harakatning kinetik energiyasidan ancha katta). Kanalni geometrik tarzda siqib, gaz tezligi tovush tezligiga yetguncha 2-mintaqada (subsonik oqim) tezlashadi. Uni yanada tezlashtirish uchun kanalni kengaytirish kerak (tovushdan tez oqimning 3-hududi). Butun oqim hududida gaz tezlashishi uning adiabatik (issiqlik ta'minotisiz) sovishi (xaotik harakatning ichki energiyasi yo'naltirilgan harakat energiyasiga aylanadi) tufayli sodir bo'ladi.
Ko'rib chiqilayotgan quyosh shamolining shakllanishi muammosida qabul qiluvchining rolini quyosh toji o'ynaydi va Laval ko'krak devorlarining roli quyoshni jalb qilishning tortishish kuchi hisoblanadi. Parker nazariyasiga ko'ra, tovush tezligi orqali o'tish bir necha quyosh radiusi masofasida sodir bo'lishi kerak. Biroq, nazariya bo'yicha olingan eritmalar tahlili shuni ko'rsatdiki, quyosh tojining harorati Laval nozullari nazariyasidagi kabi uning gazining tovushdan yuqori tezlikka tezlashishi uchun etarli emas. Qo'shimcha energiya manbalari bo'lishi kerak. Bunday manba hozirda quyosh shamolida doimo mavjud bo'lgan (ba'zan plazma turbulentligi deb ataladi) o'rtacha oqimga qo'shilgan to'lqin harakatlarining tarqalishi hisoblanadi va oqimning o'zi endi adiabatik emas. Bunday jarayonlarning miqdoriy tahlili hali ham qo'shimcha tadqiqotlarni talab qiladi.
Qizig'i shundaki, yerga asoslangan teleskoplar Quyosh yuzasida magnit maydonlarni aniqlaydi. Ularning magnit induksiyasi B ning o'rtacha qiymati 1 G ga baholanadi, garchi alohida fotosfera hosilalarida, masalan, quyosh dog'larida magnit maydon kattaroq bo'lishi mumkin. Plazma elektr tokini yaxshi o'tkazuvchisi bo'lganligi sababli, quyosh magnit maydonlari uning Quyoshdan oqimi bilan o'zaro ta'sir qilishi tabiiydir. Bunday holda, sof gaz-dinamik nazariya ko'rib chiqilayotgan hodisaning to'liq bo'lmagan tavsifini beradi. Magnit maydonning quyosh shamoli oqimiga ta'sirini faqat magnithidrodinamika deb ataladigan fan doirasida ko'rib chiqish mumkin. Bunday mulohazalar qanday natijalarga olib keladi? Ushbu yo'nalishdagi kashshof ishlarga ko'ra (shuningdek, qarang), magnit maydon quyosh shamoli plazmasida j elektr toklarining paydo bo'lishiga olib keladi, bu esa, o'z navbatida, j x B ponderomotor kuchining paydo bo'lishiga olib keladi. radial yo'nalishga perpendikulyar. Natijada quyosh shamoli tangensial tezlik komponentini oladi. Ushbu komponent radialdan deyarli ikki baravar kichikroq, ammo u Quyoshdan burchak momentumini olib tashlashda muhim rol o'ynaydi. Taxminlarga ko'ra, oxirgi holat nafaqat Quyoshning, balki "yulduz shamoli" kashf etilgan boshqa yulduzlarning ham evolyutsiyasida muhim rol o'ynashi mumkin. Xususan, kech spektral sinf yulduzlarining burchak tezligining keskin kamayishini tushuntirish uchun ko'pincha ular atrofida hosil bo'lgan sayyoralarga aylanish momentini o'tkazish gipotezasi qo'llaniladi. Quyoshdan plazmaning chiqishi orqali uning burchak momentumini yo'qotishning ko'rib chiqilayotgan mexanizmi ushbu gipotezani qayta ko'rib chiqish imkoniyatini ochadi.
40-yillarning oxirida amerikalik astronom S.Forbush tushunarsiz hodisani topdi. Kosmik nurlarning intensivligini o'lchab, Forbush quyosh faolligi oshishi bilan sezilarli darajada kamayishini va magnit bo'ronlari paytida juda keskin pasayishini payqadi.
Bu juda g'alati tuyuldi. Aksincha, buning aksini kutish mumkin. Axir, Quyoshning o'zi kosmik nurlar yetkazib beruvchisi. Shu sababli, bizning kun yorug'ligimiz qanchalik faol bo'lsa, u atrofdagi kosmosga shunchalik ko'p zarrachalarni chiqarishi kerakdek tuyuladi.
Quyosh faolligining oshishi Yerning magnit maydoniga shunday ta'sir qiladiki, u kosmik nurlarning zarralarini - ularni tashlab yuborishni boshlaydi, deb taxmin qilish kerak. Erga yo'l to'sib qo'yilganga o'xshaydi.
Tushuntirish mantiqiy tuyuldi. Ammo, afsuski, tez orada aniq bo'lganidek, bu etarli emas edi. Fiziklar tomonidan olib borilgan hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, jismoniy sharoitlarning faqat Yerga yaqin atrofdagi o'zgarishi haqiqatda kuzatilgan miqyosning ta'sirini keltirib chiqara olmaydi. Shubhasiz, quyosh tizimiga kosmik nurlarning kirib kelishiga to'sqinlik qiladigan boshqa kuchlar va quyosh faolligi oshishi bilan kuchayadigan kuchlar bo'lishi kerak.
Aynan o'sha paytda sirli ta'sirning aybdorlari Quyosh yuzasidan qochib, quyosh tizimi bo'shlig'iga kirib boradigan zaryadlangan zarralar oqimlari degan taxmin paydo bo'ldi. Bunday "quyosh shamoli" sayyoralararo muhitni tozalaydi, undan kosmik nurlarning zarralarini "supurib tashlaydi".
Kometalarda kuzatilgan hodisalar ham bunday farazni tasdiqladi. Ma'lumki, kometa dumlari doimo Quyoshdan uzoqroqqa yo'naltirilgan. Dastlab, bu holat quyosh nurining engil bosimi bilan bog'liq edi. Biroq, bu asrning o'rtalarida faqat yorug'lik bosimi kometalarda sodir bo'ladigan barcha hodisalarni keltirib chiqara olmasligi aniqlandi. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, kometa dumlarining shakllanishi va kuzatilgan egilishi uchun nafaqat fotonlarning, balki materiya zarralarining ham ta'siri zarur. Aytgancha, bunday zarralar kometa dumlarida paydo bo'ladigan ionlarning lyuminestsentligini qo'zg'atishi mumkin edi.
Darhaqiqat, Quyosh zaryadlangan zarralar - tanachalar oqimini chiqarishi ilgari ma'lum edi. Biroq, bunday oqimlar epizodik bo'lgan deb taxmin qilingan. Astronomlar ularning paydo bo'lishini chaqnash va dog'lar paydo bo'lishi bilan bog'lashdi. Ammo kometa dumlari nafaqat quyosh faolligining kuchayishi davrida emas, balki har doim Quyoshga qarama-qarshi yo'nalishda yo'naltiriladi. Bu shuni anglatadiki, quyosh tizimining bo'sh joyini to'ldiruvchi korpuskulyar nurlanish doimiy ravishda mavjud bo'lishi kerak. Quyosh faolligi oshishi bilan u kuchayadi, lekin har doim mavjud.
Shunday qilib, aylana quyosh bo'shlig'i doimiy ravishda quyosh shamoli tomonidan puflanadi. Bu shamol nimadan iborat va qanday sharoitlarda paydo bo'ladi?
Keling, quyosh atmosferasining eng tashqi qatlami - "korona" bilan tanishaylik. Kunduzgi atmosferaning bu qismi juda kam uchraydi. Hatto Quyoshga yaqin joyda ham uning zichligi Yer atmosferasi zichligining atigi yuz milliondan bir qismiga teng. Bu shuni anglatadiki, quyosh bo'shlig'ining har bir kub santimetrida atigi bir necha yuz million toj zarralari mavjud. Ammo zarrachalar harakati tezligi bilan belgilanadigan tojning "kinetik harorati" juda yuqori. U million darajaga etadi. Shuning uchun toj gazi butunlay ionlashgan va u protonlar, turli elementlarning ionlari va erkin elektronlarning aralashmasidir.
Yaqinda quyosh shamolida geliy ionlarining mavjudligi aniqlangani xabar qilindi. Bu holat zaryadni chiqarish mexanizmini yoritib beradi
Quyosh yuzasidan zarralar. Agar quyosh shamoli faqat elektronlar va protonlardan iborat bo'lsa, u faqat issiqlik jarayonlari natijasida hosil bo'lgan va qaynoq suv yuzasida hosil bo'lgan bug'ga o'xshash narsa deb taxmin qilish mumkin. Biroq, geliy atomlarining yadrolari protonlardan to'rt marta og'irroqdir va shuning uchun bug'lanish orqali chiqarib yuborilishi dargumon. Ehtimol, quyosh shamolining paydo bo'lishi magnit kuchlarning ta'siri bilan bog'liq. Quyoshdan uzoqqa uchib, plazma bulutlari magnit maydonlarini o'zlari bilan olib ketayotganga o'xshaydi. Aynan mana shu maydonlar har xil massa va zaryadli zarrachalarni bir-biriga "bog'laydigan" "tsement" bo'lib xizmat qiladi.
Astronomlar tomonidan olib borilgan kuzatishlar va hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, biz Quyoshdan uzoqlashganimiz sari tojning zichligi asta-sekin kamayib boradi. Ammo ma'lum bo'lishicha, Yer orbitasi hududida u hali ham noldan sezilarli darajada farq qiladi. Quyosh tizimining bu hududida har bir kub santimetr fazoda yuzdan mingtagacha koronal zarrachalar mavjud. Boshqacha qilib aytganda, bizning sayyoramiz quyosh atmosferasi ichida joylashgan va agar xohlasangiz, biz o'zimizni nafaqat Yer aholisi, balki Quyosh atmosferasining aholisi deb atashga haqlimiz.
Agar toj Quyosh yaqinida ko'proq yoki kamroq barqaror bo'lsa, masofa oshgani sayin u kosmosga kengayib boradi. Quyoshdan qanchalik uzoq bo'lsa, bu kengayish tezligi shunchalik yuqori bo'ladi. Amerikalik astronom E. Parkerning hisob-kitoblariga ko'ra, allaqachon 10 million km masofada toj zarralari tovush tezligidan oshib ketadigan tezlikda harakat qiladi. Quyoshdan uzoqlashganimiz va quyosh tortishish kuchining zaiflashishi bilan bu tezliklar bir necha barobar ortadi.
Shunday qilib, xulosa shuni ko'rsatadiki, quyosh toji bizning sayyoramiz tizimi bo'ylab esadigan quyosh shamolidir.
Ushbu nazariy xulosalar kosmik raketalar va sun'iy Yer sun'iy yo'ldoshlarida o'tkazilgan o'lchovlar bilan to'liq tasdiqlandi. Ma'lum bo'lishicha, quyosh shamoli doimo mavjud bo'lib, Yer yaqinida sekundiga 400 km tezlikda "esadi". Quyosh faolligi oshishi bilan bu tezlik oshadi.
Quyosh shamoli qancha masofaga uchadi? Bu savol katta qiziqish uyg'otadi, ammo tegishli eksperimental ma'lumotlarni olish uchun quyosh tizimining tashqi qismini kosmik kemalar bilan tekshirish kerak. Bu bajarilmaguncha, biz nazariy mulohazalar bilan kifoyalanishimiz kerak.
Biroq, aniq javob olish mumkin emas. Dastlabki binolarga qarab, hisob-kitoblar turli natijalarga olib keladi. Bir holatda, quyosh shamoli Saturn orbitasi hududida allaqachon susayganligi, ikkinchisida esa u hali ham Plutonning oxirgi sayyorasi orbitasidan juda katta masofada mavjudligi ma'lum bo'ldi. Ammo bular faqat nazariy jihatdan quyosh shamolining tarqalishining o'ta chegaralari. Faqat kuzatishlar aniq chegarani ko'rsatishi mumkin.
Eng ishonchlisi, yuqorida aytib o'tganimizdek, kosmik zondlardan olingan ma'lumotlar bo'ladi. Ammo printsipial jihatdan, ba'zi bilvosita kuzatishlar ham mumkin. Xususan, quyosh faolligining har bir ketma-ket pasayishidan keyin yuqori energiyali kosmik nurlar, ya'ni quyosh tizimiga tashqaridan kirib kelayotgan nurlar intensivligining mos ravishda oshishi taxminan olti oylik kechikish bilan sodir bo'lishi qayd etildi. Ko'rinib turibdiki, quyosh shamoli kuchining keyingi o'zgarishi uning tarqalish chegarasiga yetishi uchun aynan shu davr zarur. Quyosh shamoli tarqalishining o'rtacha tezligi kuniga taxminan 2,5 astronomik birlik (1 astronomik birlik = 150 million km - Yerning Quyoshdan o'rtacha masofasi) bo'lganligi sababli, bu taxminan 40-45 astronomik birlik masofani beradi. Boshqacha qilib aytganda, quyosh shamoli Pluton orbitasi atrofida bir joyda quriydi.