Jest to artystyczna koncepcja globalnego pola magnetycznego Ziemi z uderzeniem łuku. Ziemia jest pośrodku obrazu, otoczona polem magnetycznym, reprezentowanym przez fioletowe linie. Wstrząsem łukowym jest niebieski półksiężyc po prawej stronie. Wiele energetycznych cząstek na wietrze słonecznym, reprezentowanych w złocie, jest odchylanych przez magnetyczną „tarczę” Ziemi.
(Zdjęcie: © Walt Feimer (HTSI) / NASA / Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)
Wiatr słoneczny przenosi plazmę i cząsteczki ze Słońca w kosmos. Chociaż wiatr jest stały, jego właściwości nie są. Co powoduje ten strumień i jak wpływa na Ziemię?
Wietrzna gwiazda
Korona, zewnętrzna warstwa Słońca, osiąga temperaturę do 2 milionów stopni Fahrenheita (1,1 miliona stopni Celsjusza). Na tym poziomie grawitacja Słońca nie jest w stanie utrzymać szybko poruszających się cząstek i odpływają one z gwiazdy.
Aktywność Słońca zmienia się w ciągu 11-letniego cyklu, a liczba plam słonecznych, poziomy promieniowania i wyrzucany materiał zmieniają się w czasie. Zmiany te wpływają na właściwości wiatru słonecznego, w tym na jego pole magnetyczne, prędkość, temperaturę i gęstość. Wiatr różni się również w zależności od tego, skąd pochodzi słońce i jak szybko ta część się obraca.
Prędkość wiatru słonecznego jest większa niż dziury koronalne, osiągając prędkość do 500 mil (800 kilometrów) na sekundę. Temperatura i gęstość otworów koronowych są niskie, a pole magnetyczne jest słabe, więc linie pola są otwarte na przestrzeń. Dziury te występują na biegunach i niskich szerokościach geograficznych, osiągając swoje największe, gdy aktywność na słońcu jest minimalna. Temperatury na szybkim wietrze mogą osiągnąć nawet 1 milion F (800 000 C).
Na wieńcu pasa równikowego wokół równika wiatr słoneczny porusza się wolniej, z prędkością około 200 mil (300 km) na sekundę. Temperatury na wolnym wietrze dochodzą do 2,9 miliona F (1,6 miliona C).
Słońce i jego atmosfera składają się z plazmy, mieszanki dodatnio i ujemnie naładowanych cząstek w ekstremalnie wysokich temperaturach. Ale kiedy materiał opuszcza słońce, przenoszony przez wiatr słoneczny, staje się bardziej podobny do gazu.
„W miarę oddalania się od słońca siła pola magnetycznego spada szybciej niż ciśnienie materiału” - powiedział w oświadczeniu Craig DeForest, fizyk słoneczny z Southwest Research Institute (SwRI) w Boulder w Kolorado. „W końcu materiał zaczyna działać bardziej jak gaz, a mniej jak plazma o strukturze magnetycznej”.
Wpływa na Ziemię
Gdy wiatr odlatuje od Słońca, przenosi naładowane cząstki i chmury magnetyczne. Emitowane we wszystkich kierunkach, część wiatru słonecznego nieustannie buforuje naszą planetę z ciekawymi efektami.
Gdyby materiał przenoszony przez wiatr słoneczny dotarł do powierzchni planety, jego promieniowanie spowodowałoby poważne szkody w każdym możliwym życiu. Ziemskie pole magnetyczne służy jako tarcza, przekierowując materiał wokół planety, tak aby płynęła poza nią. Siła wiatru rozciąga pole magnetyczne, tak że jest ono smoosowane do wewnątrz po stronie słońca i rozciągane po stronie nocnej.
Czasami słońce wypluwa duże wybuchy plazmy zwane wyrzutami masy koronalnej (CME) lub burzami słonecznymi. Bardziej powszechne podczas aktywnego okresu cyklu znanego jako maksimum słoneczne, CME mają silniejszy efekt niż standardowy wiatr słoneczny. [Zdjęcia: Oszałamiające zdjęcia rozbłysków słonecznych i burz słonecznych]
„Wyrzuty energii słonecznej są najpotężniejszymi sterownikami połączenia Słońce-Ziemia”, mówi NASA na swojej stronie internetowej dla Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO). „Pomimo ich znaczenia naukowcy nie w pełni rozumieją pochodzenie i ewolucję CME, ani ich strukturę ani zasięg w przestrzeni międzyplanetarnej”. Misja STEREO ma nadzieję to zmienić.
Kiedy wiatr słoneczny przenosi CME i inne silne impulsy promieniowania do pola magnetycznego planety, może to spowodować ściśnięcie się pola magnetycznego z tyłu, co jest znane jako ponowne połączenie magnetyczne. Naładowane cząstki następnie płyną z powrotem w kierunku biegunów magnetycznych planety, powodując piękne pokazy znane jako zorza polarna w górnej atmosferze. [Zdjęcia: Amazing Auroras 2012]
Chociaż niektóre ciała są chronione przez pole magnetyczne, inne nie mają ich ochrony. Księżyc na Ziemi nie ma nic do ochrony, więc bierze na siebie całą siłę. Rtęć, najbliższa planeta, ma pole magnetyczne, które osłania ją przed zwykłym standardowym wiatrem, ale przenosi całą siłę potężniejszych wybuchów, takich jak CME.
Kiedy strumienie o wysokiej i niskiej prędkości oddziałują na siebie, tworzą gęste regiony zwane współdziałającymi regionami interakcji (CIR), które wywołują burze geomagnetyczne podczas interakcji z ziemską atmosferą.
Wiatr słoneczny i naładowane przez niego cząstki mogą wpływać na satelity Ziemi i globalne systemy pozycjonowania (GPS). Potężne wybuchy mogą uszkodzić satelity lub spowodować popychanie sygnałów GPS o kilkadziesiąt metrów.
Wiatr słoneczny porusza wszystkie planety w Układzie Słonecznym. Misja Nowych Horyzontów NASA nadal ją wykrywała podczas podróży między Uranem a Plutonem.
„Średnia prędkość i gęstość razem, gdy wiatr słoneczny się porusza”, powiedziała w oświadczeniu Heather Elliott, naukowiec kosmiczny z SwRI w San Antonio w Teksasie. „Ale wiatr wciąż jest ogrzewany przez kompresję, gdy się przemieszcza, dzięki czemu można zobaczyć wzór rotacji Słońca w temperaturze nawet w zewnętrznym Układzie Słonecznym.
Badanie wiatru słonecznego
Wiedzieliśmy o wietrze słonecznym od lat 50. XX wieku, ale pomimo jego rozległego wpływu na Ziemię i astronautów, naukowcy wciąż nie wiedzą, jak się rozwija. Kilka misji w ciągu ostatnich kilku dekad próbowało wyjaśnić tę tajemnicę.
Rozpoczęta 6 października 1990 r. Misja NASA w Ulysses badała Słońce na różnych szerokościach geograficznych. Zmierzył różne właściwości wiatru słonecznego w ciągu kilkunastu lat.
Satelita Advanced Composition Explorer (ACE) orbituje w jednym ze specjalnych punktów między Ziemią a Słońcem, znanym jako punkt Lagrange'a. W tym obszarze grawitacja od Słońca i planety ciągnie się równo, utrzymując satelitę na stabilnej orbicie. Wprowadzony na rynek w 1997 roku, ACE mierzy wiatr słoneczny i zapewnia pomiary stałego przepływu cząstek w czasie rzeczywistym.
Bliźniaczy statek kosmiczny NASA, STEREO-A i STEREO-B, badają krawędź Słońca, aby zobaczyć, jak rodzi się wiatr słoneczny. Firma STEREO, wprowadzona na rynek w październiku 2006 r., Zapewnia według NASA „unikalny i rewolucyjny widok systemu Słońce-Ziemia”.
Nowa misja ma nadzieję oświetlić słońce i wiatr słoneczny. Sonda Parker Solar Probe firmy NASA, której premiera planowana jest na lato 2018 r., Ma na celu „dotknięcie słońca”. Po kilku latach ścisłego okrążenia gwiazdy sonda po raz pierwszy zanurzy się w koronie, używając kombinacji obrazowania i pomiarów, aby zrewolucjonizować rozumienie korony i zwiększyć zrozumienie pochodzenia i ewolucji wiatru słonecznego.
„Parker Solar Probe ma odpowiedzieć na pytania dotyczące fizyki słonecznej, nad którymi zastanawialiśmy się przez ponad sześć dekad” - powiedział w oświadczeniu naukowiec z projektu Parker Solar Probe Nicola Fox z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory. „Jest to statek kosmiczny pełen przełomów technologicznych, które rozwiążą wiele największych tajemnic naszej gwiazdy, w tym dowiedzą się, dlaczego korona słoneczna jest o wiele cieplejsza niż jej powierzchnia”.
Dodatkowe zasoby
- Wiatr słoneczny w czasie rzeczywistym (NOAA / Space Weather Prediction Center)
- Prognoza 3-dniowa (NOAA / Space Weather Prediction Center)
- Cotygodniowe informacje i 27-dniowa prognoza (NOAA / Space Weather Prediction Center)
