Что такое солнечный ветер и как он влияет на Землю?
Потоки движущегося воздуха принято называть ветром. Подобное наблюдается не только на Земле, но и на других планетах и даже звездах. Ученые выяснили, что существует и солнечный ветер, а также доказали его прямое влияние на погоду и даже самочувствие людей. О природе этого явления — в материале 24СМИ.
Что собой представляет солнечный ветер
Солнечный ветер представляет собой ионизированные частицы, которые исходят от Солнца. Светило выбрасывает в разных направлениях потоки, которые состоят из водородно-гелиевой плазмы. Температура короны звезды огромна, а следовательно, и скорость движения электронов c ионами в ней столь велика, что гравитационные силы не способны удержать вещество. Итогом становится то, что некоторые частицы улетают в космическое пространство.
Не стоит путать рассматриваемое явление и солнечный свет. Первое — это поток ионизированных частиц. А второй — поток фотонов, которые не заряжены и находятся в непрерывном движении, развивая скорость до 300 000 км/с и достигая Земли за 8-16 секунд.
С какой скоростью «дует» солнечный ветер
Стоит оговориться, что глагол «дует» не слишком уместен к описанию этого явления, потому что солнечный ветер не аналогичен земному — речь идет не о воздухе, а о потоках звездного вещества. Ионизированные частицы за секунду пролетают по 400 километров, иногда разгоняясь до 500-800 км/с.
Исследователи разделяют два вида солнечного ветра:
- Медленный — плотный, формирующийся при температурном расширении ионизированных газов в экваторе светила. Потоки корональной плазмы под воздействием динамического процесса развивают скорость до 400 км/с.
- Быстрый — зарождающийся в корональных дырах. Потоки испускаются на Землю на протяжении 27 дней — за это время звезда совершает полный оборот вокруг оси.
Также ученые зафиксировали возмущенные потоки, скорость которых равна 1000-1200 км/с. Подобное явление возникает из-за корональных выбросов, которые и становятся причиной магнитных бурь.
Влияние на Землю
Солнечный ветер неоднороден — по мере вращения звезды быстрые и медленные потоки пересекаются с Землей. Постоянные изменения скорости движения частиц негативно отражаются на магнитосфере планеты, вызывая магнитные бури, полярное сияние и другие явления.
Ионизированные частицы передают энергию атомам газов атмосферы и вызывает свечение — полярное сияние. А когда энергичные заряженные частицы захватываются и удерживаются вокруг планеты магнитным полем, образуется радиационный пояс.
Также явление влияет на погоду, в том числе на формирование грозовых фронтов. В дни, когда заряженные частицы достигают Земли, в атмосфере чаще образуются молнии. А так как активность Солнца отслеживается спутниками, результаты исследования помогают вовремя узнать о вероятности сильной грозы.
Ученые доказали влияние явления на человеческий организм. Исследователи из российского Института имени Шафера СО РАН проанализировали количество обращений за медпомощью за определенный отрезок времени и выяснили, что в дни магнитных бурь самочувствие людей, страдающих от болезней сердца и сосудов, ухудшалось чаще.
На страже границ Солнечной системы
Таким образом, солнечный ветер — явление, которое представляет определенную опасность для Земли. Но одновременно необходимое для Солнечной системы, чтобы защитить последнюю от более разрушительных сил космоса. Потоки заряженных частиц вытесняют межзвездный газ. На границе столкновения солнечного ветра с космическими лучами образуется гелиопауза — стена горячей плазмы. Эта область ослабляет радиацию, которая исходит от других звезд и взрывов сверхновых.
НАСА выпустила зонд Voyager 2, который в 2018 году прошел гелиопаузу. Объект собрал информацию о температуре этой области, которая на границе Солнечной системы достигает 31 000 °C. Этот показатель оказался выше того, что рассчитали ученые. Исследователи сделали вывод, что сила столкновения солнечного ветра с космическими лучами гораздо мощнее, чем предполагалось раньше.
Изучение явления
Первые предположения о существовании солнечного ветра появились в середине XIX века. Эту мысль озвучил еще в 1859 году астроном из Великобритании Ричард Кэррингтон. При наблюдении за имевшей место в то время вспышкой на Солнце исследователь заметил, что на следующий день на Земле началась геомагнитная буря. Ученый выдвинул гипотезу, что между этими явлениями есть связь.
Через 70 лет астрономы рассчитали температуру короны Солнца — свыше 1 млн градусов по Цельсию. Британский геофизик Сидни Чепмен заметил, что при подобных температурных показателях газ рассеивает тепло на сотни тысяч километров от орбиты Земли. Вклад в изучение природы этого явления в астрономии внес немецкий ученый Людвиг Бирманн, который доказывал существование ветра с помощью комет, наблюдаемых в Солнечной системе. Исследователь обратил внимание, что хвост этих объектов направлен в противоположную сторону от звезды. Астроном считал, что хвост появляется из-за потока частиц, оказывающих давление на газ.
Определение «солнечный ветер» ввел в 1958 году американец Юджин Паркер. Астроном проанализировал исследования Бирмана и Чепмена и заметил следующее: теплопроводность солнечной короны столь хороша, что температура ее верхних слоев остается в достаточной степени высокой и на таком удалении от ядра светила, где гравитация звезды ослабевает. Это и позволяет составляющим «ветер» ядрам гелия, протонам и электронам улетать в межзвездное пространство.
Предположения получили доказательную базу в 1959 году. Исследования проходили на запущенной СССР станции «Луна-1». А в 2016 году в обсерватории NASA STEREO удалось засечь сам процесс возникновения ионизированных потоков частиц.
Магнитные бури тысячелетия
В ходе исследований уже упомянутый Кэррингтон заметил связь между вспышками на центральной звезде Солнечной системы и изменениями в магнитосфере Земли. В сентябре 1859 года астроном зафиксировал магнитную бурю, которая стала самой мощной за историю исследования этого явления и получила название «Событие Кэррингтона».
Ученый зафиксировал солнечные пятна на поверхности звезды. Вспышка спровоцировала корональный выброс, который достиг поверхности Земли за 18 часов вместо 3-4 дней. Геомагнитная буря, которая началась 1 сентября 1859 года, вывела из строя телеграфы в Европе и США, а северное сияние наблюдалось даже над Карибами.
В марте 1989 года случилась еще одна геомагнитная буря, ставшая мощнейшей с начала космической эпохи, которую исследователи назвали «Квебекской тьмой». В давшей имя событию провинции Канады генераторы электричества вышли из строя, и 6 млн человек остались без света. Событие доказало прямую связь между вспышками на Солнце и работой техники.
В июле 2012 года произошел еще один мощный корональный выброс. По силе эта геомагнитная буря соперничать могла с «Событием Кэррингтона». К счастью, та часть солнечной атмосферы, где произошла вспышка, была повернута в противоположную сторону от Земли.
Перспективные источники энергии
Солнечный ветер привлекает исследователей как источник энергии. Сотрудники Washington State University полагают, что 8400-километровые солнечные паруса помогут собрать энергию ветра — таким образом планируется добывать 1 квинтиллион ГВт энергии. Также ученые планируют исследовать турбулентность этого явления, чтобы научиться получать из звездной плазмы термояд — на примере «ветра» астрономы хотят узнать, в каких условиях плазма стабильна, что упростит поставленную задачу.