Геліясфера

З пляцоўкі Вікіпедыя.
Перайсці да: рух, знайсці
Кампаненты геліясферы

Геліясфера — вобласць калясонечнай прасторы, у якой плазма сонечнага ветру рухаецца ад Сонца з некаторай ненулявой хуткасцю. Звонку геліясфера ўмоўна абмежаваная ўдарнай хваляй, якая вызначаецца балансам ціскаў сонечнага ветру і ціскам магнітнага поля і міжзорнага асяроддзя з другога.[1]

Першыя 10 мільярдаў кіламетраў хуткасць сонечнага ветру складае каля мільёна кіламетраў у гадзіну.[2][3]Па меры таго, як ён сутыкаецца з міжзорным асяроддзем, адбываецца яго тармажэнне і змешванне з ёй. Мяжа, на якой адбываецца запаволенне сонечнага ветру, носіць назву мяжы ударнай хвалі; мяжа, уздоўж якой ўраўнаважваецца ціск сонечнага ветру і міжзорнага асяроддзя, носіць назву геліяпаўзы; мяжа, на якой адбываецца сутыкненне міжзоркавай асяроддзя з набягаючым сонечным ветрам — галоўная ўдарная хваля.

Паняцце «геліясфера» з'яўляецца прыватным прыкладам больш агульнай з'явы — астрасферы (і ў бліжэйшы час адзіным даступным для даследавання знутры). У дачыненні да адвольных зорак ў англамоўнай літаратуры таксама можа выкарыстоўвацца сінанімічны тэрмін «бурбалка зорнага ветра». Пры гэтым фізіка фарміравання і існавання бурбалак ў асноўным аналагічна фізіцы геліясферы.

Сонечны вецер[правіць | правіць зыходнік]

Сонечны вецер прадстаўляе сабой паток часціц (іанізаваных атамаў сонечнай кароны) і палёў, у прыватнасці, магнітных. Па меры таго, як Сонца круціцца, робячы абарот за 27 сутак, магнітнае поле, пераноснае сонечным ветрам, прымае форму спіралі. Зямля пры праходжанні віткоў гэтай спіралі ўзаемадзейнічае з ёй сваім магнітным полем, што можа прыводзіць да магнітных бур.

У сакавіку 2005 былі апублікаваныя вынікі вымярэнняў, вырабленых SOHO. Яны паказалі, што вобласць прасторы, запоўненая сонечным ветрам, не мае дакладнай восевай сіметрыі, а мае злёгку скажоную форму, хутчэй за ўсё, пад уплывам мясцовага ўчастка агульнагалактычнага магнітнага поля[4].

Структура[правіць | правіць зыходнік]

Геліясферны токавы слой[правіць | правіць зыходнік]

Геліясферны токавы слой (паказаны да арбіты Юпітэра)

Геліясферны токавы слой прадстаўляе сабой «рабізну» ў геліясферы, якая ствараецца магнітным полем Сонца, якое круціцца і змяняе сваю палярнасць. Токавы слой выходзіць за межы геліясферы і з'яўляецца самай маштабнай структурай у Сонечнай сістэме. Сваёй формай ён нагадвае шматслаёвую спадніцу балерыны[5].

Знешняя структура[правіць | правіць зыходнік]

Знешняя структура геліясферы вызначаецца ўзаемадзеяннем сонечнага ветру з патокам часціц у міжзорнай прасторы. Патокі сонечнага ветру рухаюцца ва ўсе бакі ад Сонца, паблізу Зямлі маючы хуткасці ў некалькі сотняў кіламетраў у секунду. На вызначанай адлегласці ад Сонца, далёка за арбітай Нептуна, гэты звышгукавы паток пачынае зніжаць сваю хуткасць. Гэта тармажэнне адбываецца ў некалькі этапаў:

  • Сонечны вецер мае звышгукавую хуткасць ўнутры Сонечнай сістэмы. На так званай мяжы ўдарнай хвалі адбываецца падзенне хуткасці сонечнага ветру да гукавых значэнняў.
  • Страціўшы звышгукавую хуткасць, сонечны вецер пачынае ўзаемадзейнічаць з навакольным міжзорным рэчывам. Гэта ўзаемадзеянне паміж галактычных рэчывам і рухаюцца ў ім Сонцам прыводзіць да таго, што геліясфера набывае кропляпадобную форму, выцягнутую хвастом у бок, процілеглым руху Сонца. Гэтая вобласць прасторы называецца геліясфернай мантыяй (мантыяй Сонечнай сістэмы)
  • Паверхня, якая абмяжоўвае геліясферную мантыю і на якой адбываецца канчатковае тармажэнне сонечнага ветру і змешванне яго з набягаючым міжзорным рэчывам называюць геліяпаўзай. Яна з'яўляецца мяжой ўсёй геліясферы.
  • Рух Сонца ў міжзорным асяроддзі прыводзіць да таго, што ў навакольнай міжзорнай прасторы адбываюцца абурэнні. Сапраўды гэтак жа, як сонечны вецер на мяжы ударнай хвалі губляе сваю хуткасць, міжзорны вецер, які рухаецца насустрач руху Сонца, змяняе сваю хуткасць на аналагічнай мяжы, званай дугавой ўдарнай хваляй. Яна знаходзіцца за межамі геліясферы, і тут адбываецца тармажэнне не сонечнага, а міжзорнага ветру.

Мяжа ўдарнай хвалі[правіць | правіць зыходнік]

Наглядная дэманстрацыя мяжы ўдарнай хвалі. Акружнасць, на якой паток вады губляе сваю энергію і пачынае рэзка запавольнівацца, і ёсць мяжа ўдарнай хвалі

Мяжа ўдарнай хвалі — гэта паверхня ўнутры геліясферы, на якой адбываецца рэзкае запаволенне сонечнага ветру да гукавых хуткасцей (адносна хуткасці самога Сонца). Гэта адбываецца з-за таго, што рэчыва сонечнага ветру «натыкаецца» на міжзорнае рэчыва. Мяркуюць, што ў нашай Сонечнай сістэме мяжа ўдарнай хвалі знаходзіцца на адлегласці 75-90 астранамічных адзінак (каля 11-13,5 млрд км).[6] У 2007 годзе Вояджэр-2 перасёк мяжу ударнай хвалі[7]. (Фактычна ён перасякаў яе пяць разоў, з-за таго, што мяжа нясталая і мяняе сваё адлегласць ад Сонца ў выніку ваганняў сонечнай актыўнасці і выпусканага Сонцам рэчыва).

Ударная хваля ўзнікае таму, што часціцы сонечнага ветру рухаюцца з хуткасцю каля 400 км/с, у той час як хуткасць гуку ў міжзорнай прасторы складае прыкладна 100 км/с (дакладнае значэнне залежыць ад шчыльнасці, і таму можа мяняцца). Хоць міжзорнае рэчыва мае вельмі малую шчыльнасць, яно ўсё ж такі стварае пастаянны, хоць і нязначны ціск, якога на вызначанай адлегласці ад Сонца становіцца досыць, каб затармазіць сонечны вецер да гукавых хуткасцей. У гэтым месцы і ўзнікае ўдарная хваля.

Падобныя мяжы ўдарных хваль могуць назірацца ў зямных умовах. Найпросты прыклад можна бачыць, назіраючы за паводзінамі патоку вады ў ракавіне. Удараючыся аб ракавіну, бруя вады расцякаецца ва ўсе бакі з хуткасцю, якая перавышае хуткасць распаўсюджвання механічных хваль у вадзе. Фарміруецца дыск з вады вельмі малой таўшчыні, якая хутка расцякаецца, які імітуе звышгукавы паток сонечнага ветру. На краях гэтага дыска утворыцца вадзяны вал, за якім вада цячэ з хуткасцю, меншай хуткасці распаўсюджвання механічных хваль.

Сведчанні, прадстаўленыя Эдам Стоўнам на сустрэчы Амерыканскага геафізічнага саюза ў маі 2005 года, сцвярджаюць, што касмічны апарат Вояджэр-1 перасёк мяжу ўдарнай хвалі ў снежні 2004, калі знаходзіўся на адлегласці 94 а. а. ад Сонца. Такі вывад быў зроблены па змяненні паказчыкаў магнітнага поля, якія атрымліваюць з апарата. Апарат Вояджэр-2, у сваю чаргу, зафіксаваў адваротны рух часціц ўжо на адлегласці 76 а. а. у маі 2006 г. Гэта сведчыць аб некалькі несіметрычнай форме геліясферы, паўночная палова якой больш паўднёвай[8].

Спадарожнік Interstellar Boundary Explorer паспрабуе сабраць дадатковыя дадзеныя аб мяжы ударнай хвалі.

За мяжой ударнай хвалі знаходзіцца геліяпаўза, дзе адбываецца канчатковае тармажэнне сонечнага ветру і змешванне яго з міжзорным рэчывам, а яшчэ далей — галоўная ўдарная хваля, пры праходжанні якой часціцы міжзорнага ветру адчуваюць тармажэнне, аналагічнае тармажэнні сонечнага ветру.

У чэрвені 2011 года было абвешчана, што дзякуючы даследаванням «Вояджэраў» стала вядома, што магнітнае поле на мяжы Сонечнай сістэмы мае структуру, падобную на пену. Гэта адбываецца з-за таго, што намагнічаная матэрыя і дробныя касмічныя аб'екты ўтвараюць мясцовыя магнітныя палі, якія можна параўнаць з бурбалкамі[9].

Геліясферная мантыя[правіць | правіць зыходнік]

Дыяграма, якая паказвае палажэнне Вояджэра-1 у геліясфернай мантыі. У гэты час Вояджэр-2 таксама знаходзіцца ў мантыі.

Геліясферная мантыя — вобласць геліясферы за межамі ўдарнай хвалі. У ёй сонечны вецер тармозіцца, сціскаецца і яго рух набывае турбулентны характар. Геліясферная мантыя пачынаецца на адлегласці 80-100 а. а. ад Сонца. Аднак, у адрозненне ад унутранай галіне геліясферы, мантыя не мае сферычнай формы. Яе форма хутчэй падобная на выцягнутую каметную кому, якая цягнецца ў процілеглым руху Сонца кірунку. Таўшчыня мантыі з боку набягаючага міжзорнага ветру нашмат менш, чым з процілеглага[10]. Бягучая місія Вояджэраў складаецца ў зборы дадзеных аб геліясфернай мантыі.

Геліяпаўза[правіць | правіць зыходнік]

Геліяпаўза — гэта мяжа паміж геліясферай і міжзорным асяроддзем. Пры набліжэнні сонечнага ветра да геліяпаўзы хуткасць яго рэзка змяншаецца, што прыводзіць да фарміравання ўдарнай хвалі.

Геліяпаўза — тэарэтычная мяжа, на якой адбываецца канчатковае тармажэнне сонечнага ветру. Яго ціск ужо няздольны адціскаць міжзорнае рэчыва з Сонечнай сістэмы і адбываецца перамешванне рэчывы сонечнага ветру з міжзорным.

Гіпотэзы[правіць | правіць зыходнік]

Паводле адной з гіпотэз[11], паміж галоўнай ударнай хваляй і геліяпаўзай існуе вобласць, запоўненая гарачым вадародам, званая вадароднай сцяной. Гэтая сцяна ўтрымлівае міжзорнае рэчыва, сціснутае ўзаемадзеяннем з геліясферай. Калі часціцы, выпусканыя Сонцам, сутыкаюцца з часціцамі міжзорнага рэчыва, яны губляюць сваю хуткасць, преобразовывая кінетычную энергію ў цеплавую, што прыводзіць да фарміравання вобласці нагрэтага газу.

У якасці альтэрнатывы прапануецца азначэнне, што геліяпаўза — гэта магнітапаўза, мяжа, якая абмяжоўвае сонечную магнітасферу, за якой пачынаецца агульнамагнітнае магнітнае поле.

Галоўная ўдарная хваля[правіць | правіць зыходнік]

Здымак і мастацкае прадстаўленне галоўнай ударнай хвалі, якое ствараецца зоркай R Гідры.

Гіпотэза сцвярджае, што Сонца так жа стварае ўдарную хвалю пры руху праз міжзорнае рэчыва, як і зорка на здымку справа. Гэтая ўдарная хваля мае форму дугі нацягнутага лука, з-за чаго і атрымала сваю другую назву — дугавая. Яна падобная хвалі, якая ўзнікае на воднай паверхні перад носам судна, якое рухаецца, і ўзнікае па тым жа самым прычынах. Галоўная хваля паўстане ў выпадку, калі міжзорнае рэчыва рухаецца насустрач Сонцу з звышгукавой хуткасцю. «Удараючыся» аб геліясферу, міжзорны вецер тармозіцца і фармуе ўдарную хвалю аналагічную хвалі, якая фарміруецца ўнутры геліясферы пры тармажэнні сонечнага ветру. Спецыялісты NASA Роберт Неміраф (англ.: Robert Nemiroff) і Джэры Бонел (англ.: Jerry Bonnell) лічаць, што сонечная галоўная хваля можа існаваць на адлегласці 230 а. а. ад Сонца[12].

Ударнай хвалі, аднак, можа зусім не існаваць[13]. У даследаванні, апублікаваным на аснове аналізу дадзеных зонда IBEX, сцвярджаецца, што хуткасць руху геліясферы праз міжзорнае рэчыва недастаткова вялікая (84000 кіламетраў у гадзіну замест раней чаканых 95000) для гэтага. Гэтыя высновы пацвярджаюцца і дадзенымі апаратаў Вояджэр.

Назірання арбітальнага тэлескопа GALEX паказалі, што ў зоркі Міра сузор'я Кіт ёсць падобны на каметную кому хвост з выкінутага зорнага рэчыва, а таксама выразна адрозная галоўная ўдарная хваля, якая знаходзіцца ў кірунку руху зоркі праз космас (на хуткасці 130 км/с).

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі

  1. Астронет. Гелиосфера
  2. Dr. David H. Hathaway The Solar Wind. NASA (January 18, 2007). Архівавана з першакрыніцы 22 жніўня 2011. Праверана 11 снежня 2007.
  3. Britt, Robert Roy. A Glowing Discovery at the Forefront of Our Plunge Through Space , SPACE.com (15 сакавіка, 2000). Праверана 24 мая 2006.
  4. Lallement, R.; Quémerais, E.; Bertaux, J. L.; Ferron, S.; Koutroumpa, D.; Pellinen, R. (2005). "Deflection of the Interstellar Neutral Hydrogen Flow Across the Heliospheric Interface". Science 307 (5714): 1447–1449. doi:10.1126/science.1107953. PMID 15746421. http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=36805. Retrieved on 2007-05-25. 
  5. Mursula, K.; Hiltula, T., (2003). "Bashful ballerina: Southward shifted heliospheric current sheet". Geophysical Research Letters 30 (22): 2135. doi:10.1029/2003GL018201. http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-bib_query?bibcode=2003GeoRL..30vSSC2M&db_key=AST&data_type=HTML&format=&high=42ca922c9c03266. 
  6. Nemiroff, R.; Bonnell, J. The Sun's Heliosphere & Heliopause. Astronomy Picture of the Day (24 чэрвеня, 2002). Архівавана з першакрыніцы 22 жніўня 2011. Праверана 25 мая 2007.
  7. MIT instrument finds surprises at solar system’s edge
  8. Than, Ker. Voyager II detects solar system's edge , CNN (24 мая, 2006). Праверана 25 мая 2007.
  9. "Вояджеры" нашли на границе Солнечной системы магнитные пузыри. Лента.ру (10 июня 2011). Архівавана з першакрыніцы 22 жніўня 2011. Праверана 12 чэрвеня 2011.
  10. Brandt, Pontus (February 27–March 2, 2007). "Imaging of the Heliospheric Boundary" (PDF). NASA Advisory Council Workshop on Science Associated with the Lunar Exploration Architecture: White Papers, Tempe, Arizona: Lunar and Planetary Institute. Праверана 2007-05-25. 
  11. Wood, B. E.; Alexander, W. R.; Linsky, J. L. The Properties of the Local Interstellar Medium and the Interaction of the Stellar Winds of \epsilon Indi and \lambda Andromedae with the Interstellar Environment. American Astronomical Society (13 чэрвеня, 2006). Архівавана з першакрыніцы 14 чэрвеня 2000. Праверана 25 мая 2007.
  12. Nemiroff, R.; Bonnell, J. The Sun's Heliosphere & Heliopause. Astronomy Picture of the Day (24 чэрвеня, 2002). Архівавана з першакрыніцы 22 жніўня 2011. Праверана 25 мая 2007.
  13. Космос-журнал: Ударной волны нет

Спасылкі[правіць | правіць зыходнік]