Cos'è il vento solare? Particelle cariche del vento solare
Può raggiungere valori fino a 1,1 milioni di gradi Celsius. Pertanto, avendo una tale temperatura, le particelle si muovono molto rapidamente. La gravità del Sole non può trattenerli e lasciano la stella.
L'attività del Sole cambia durante il ciclo di 11 anni. Allo stesso tempo, il numero di macchie solari, i livelli di radiazione e la massa di materiale espulso nello spazio cambiano. E questi cambiamenti influenzano le proprietà del vento solare: il suo campo magnetico, velocità, temperatura e densità. Pertanto, il vento solare può avere caratteristiche diverse. Dipendono da dove si trovava esattamente la sua sorgente sul Sole. E dipendono anche dalla velocità di rotazione di quest'area.
La velocità del vento solare è maggiore della velocità di movimento della sostanza dei fori coronali. E raggiunge gli 800 chilometri al secondo. Questi buchi compaiono ai poli del Sole e alle sue basse latitudini. Acquisiscono le dimensioni maggiori durante quei periodi in cui l'attività sul Sole è minima. Le temperature della materia trasportata dal vento solare possono raggiungere gli 800.000 C.
Nella cintura stellare coronale situata intorno all'equatore, il vento solare si muove più lentamente - circa 300 km. al secondo. È stato stabilito che la temperatura della materia che si muove nel lento vento solare raggiunge 1,6 milioni di C.
Il sole e la sua atmosfera sono costituiti da plasma e una miscela di particelle cariche positivamente e negativamente. Hanno temperature estremamente elevate. Pertanto, la materia lascia costantemente il Sole, portata via dal vento solare.
Impatto terrestre
Quando il vento solare lascia il Sole, trasporta particelle cariche e campi magnetici. Irradiate in tutte le direzioni, le particelle del vento solare influenzano costantemente il nostro pianeta. Questo processo produce effetti interessanti.
Se il materiale trasportato dal vento solare raggiunge la superficie del pianeta, causerà seri danni a qualsiasi forma di vita esistente. Pertanto, il campo magnetico terrestre funge da scudo, reindirizzando i percorsi delle particelle solari attorno al pianeta. Le particelle cariche sembrano "fluire" al di fuori di esso. L'impatto del vento solare cambia il campo magnetico terrestre in modo tale da deformarlo e allungarlo sul lato notturno del nostro pianeta.
A volte il Sole espelle grandi volumi di plasma, noti come espulsioni di massa coronale (CME) o tempeste solari. Ciò si verifica più spesso durante il periodo attivo del ciclo solare, noto come massimo solare. Le CME hanno un effetto più forte rispetto al vento solare standard.
Alcuni corpi del sistema solare, come la Terra, sono schermati da un campo magnetico. Ma molti di loro non hanno tale protezione. Il satellite della nostra Terra non ha protezione per la sua superficie. Pertanto, subisce il massimo effetto del vento solare. Mercurio, il pianeta più vicino al Sole, ha un campo magnetico. Protegge il pianeta dal solito vento standard, tuttavia non è in grado di resistere a brillamenti più potenti come il CME.
Quando le correnti del vento solare ad alta e bassa velocità interagiscono tra loro, creano regioni dense note come regioni di interazione rotante (CIR). Sono queste aree che causano tempeste geomagnetiche quando entrano in collisione con l'atmosfera terrestre.
vento soleggiato e le particelle cariche che trasporta possono influenzare i satelliti terrestri e i sistemi di posizionamento globale (GPS). Potenti raffiche possono danneggiare i satelliti o causare errori di posizione quando si utilizzano segnali GPS di decine di metri.
Il vento solare raggiunge tutti i pianeti in . La missione New Horizons della NASA l'ha scoperto mentre viaggiava tra e.
Studiare il vento solare
Gli scienziati conoscono l'esistenza del vento solare sin dagli anni '50. Ma nonostante il suo enorme impatto sulla Terra e sugli astronauti, gli scienziati non conoscono ancora molte delle sue caratteristiche. Diverse missioni spaziali negli ultimi decenni hanno tentato di spiegare questo mistero.
Lanciata nello spazio il 6 ottobre 1990, la missione Ulisse della NASA ha studiato il Sole a diverse latitudini. Ha misurato varie proprietà vento solare da più di dieci anni.
La missione Advanced Composition Explorer () aveva un'orbita associata a uno dei punti speciali situati tra la Terra e il Sole. È conosciuto come il punto di Lagrange. In questa regione, le forze gravitazionali del Sole e della Terra hanno lo stesso valore. E questo permette al satellite di avere un'orbita stabile. Lanciato nel 1997, l'esperimento ACE studia il vento solare e fornisce misurazioni in tempo reale di un flusso costante di particelle.
Le navicelle spaziali STEREO-A e STEREO-B della NASA stanno studiando i bordi del Sole da diverse angolazioni per vedere come nasce il vento solare. Secondo la NASA, STEREO ha fornito "uno sguardo unico e rivoluzionario al sistema Terra-Sole".
Nuove missioni
La NASA prevede di lanciare una nuova missione per studiare il Sole. Dà agli scienziati la speranza di saperne di più sulla natura del Sole e del vento solare. La sonda solare Parker della NASA, prevista per il lancio ( lanciato con successo il 12.08.2018 – Navigator) nell'estate del 2018, lavorerà in modo tale da letteralmente “toccare il Sole”. Dopo diversi anni di volo in orbita vicino alla nostra stella, la sonda si immergerà per la prima volta nella storia nella corona del Sole. Questo sarà fatto per ottenere una combinazione di immagini e misurazioni fantastiche. L'esperimento migliorerà la nostra comprensione della natura della corona solare e migliorerà la nostra comprensione dell'origine e dell'evoluzione del vento solare.
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Immagina di aver sentito le parole dell'annunciatore nelle previsioni del tempo: "Domani il vento si alzerà bruscamente. Di conseguenza, potrebbero verificarsi interruzioni nel funzionamento della radio, comunicazioni mobili e Internet. La missione spaziale statunitense è stata ritardata. Sono attese intense aurore nel nord della Russia…”.
Sarete sorpresi: che sciocchezze, cosa c'entra il vento? Ma il fatto è che ti sei perso l'inizio delle previsioni: “Ieri sera c'è stato un brillamento solare. Un potente flusso di vento solare si sta dirigendo verso la Terra…”.
Il vento ordinario è il movimento delle particelle d'aria (molecole di ossigeno, azoto e altri gas). Un flusso di particelle si precipita anche dal Sole. Si chiama vento solare. Se non approfondisci centinaia di formule ingombranti, calcoli e accese controversie scientifiche, in generale, l'immagine appare come segue.
Le reazioni termonucleari stanno avvenendo all'interno del nostro luminare, riscaldando questa enorme palla di gas. La temperatura dello strato esterno - la corona solare raggiunge un milione di gradi. Ciò fa sì che gli atomi si muovano a una velocità tale che quando si scontrano, si frantumano a vicenda. È noto che un gas riscaldato tende ad espandersi e ad occupare un volume maggiore. Qualcosa di simile sta accadendo qui. Particelle di idrogeno, elio, silicio, zolfo, ferro e altre sostanze si disperdono in tutte le direzioni.
Stanno prendendo sempre più velocità e in circa sei giorni raggiungono i confini vicini alla Terra. Anche se il sole era calmo, la velocità del vento solare arriva qui fino a 450 chilometri al secondo. Ebbene, quando il bagliore solare erutta un'enorme bolla infuocata di particelle, la loro velocità può raggiungere i 1200 chilometri al secondo! E non puoi chiamarlo una "brezza" rinfrescante - circa 200 mila gradi.
Una persona può sentire il vento solare?
In effetti, poiché il flusso di particelle calde è costantemente impetuoso, perché non sentiamo come ci "soffia"? Supponiamo che le particelle siano così piccole che la pelle non ne senta il tocco. Ma non vengono notati nemmeno dai dispositivi terrestri. Come mai?
Perché la Terra è protetta dai vortici solari dal suo campo magnetico. Il flusso di particelle scorre intorno ad esso, per così dire, e si precipita ulteriormente. È solo nei giorni in cui le emissioni solari sono particolarmente forti che il nostro scudo magnetico ha difficoltà. Un uragano solare lo attraversa e irrompe nell'alta atmosfera. Le particelle aliene causano. Il campo magnetico è fortemente deformato, i meteorologi parlano di "tempeste magnetiche". 
A causa loro, i satelliti spaziali vanno fuori controllo. Gli aerei scompaiono dagli schermi radar. Le onde radio subiscono interferenze e le comunicazioni vengono interrotte. In questi giorni, le antenne paraboliche vengono spente, i voli vengono cancellati e la "comunicazione" con i veicoli spaziali viene interrotta. Nelle reti elettriche, nelle rotaie ferroviarie, negli oleodotti, nasce improvvisamente una corrente elettrica. Da questo, i semafori si accendono da soli, i gasdotti si arrugginiscono e gli apparecchi elettrici scollegati si bruciano. Inoltre, migliaia di persone provano disagio e disagio.
Gli effetti cosmici del vento solare possono essere rilevati non solo durante i brillamenti sul Sole: è, anche se più debole, ma soffia costantemente.
È stato a lungo osservato che la coda di una cometa cresce mentre si avvicina al Sole. Fa evaporare i gas congelati che formano il nucleo della cometa. E il vento solare trasporta questi gas sotto forma di pennacchio, sempre diretto nella direzione opposta al Sole. Quindi il vento terrestre allontana il fumo dal camino e gli dà una forma o un'altra.
Durante anni di maggiore attività, l'esposizione della Terra ai raggi cosmici galattici diminuisce drasticamente. Il vento solare sta guadagnando una tale forza che li trascina semplicemente alla periferia del sistema planetario.
Ci sono pianeti in cui il campo magnetico è molto debole, se non del tutto assente (per esempio, su Marte). Qui nulla impedisce al vento solare di vagare. Gli scienziati ritengono che sia stato lui, nel corso di centinaia di milioni di anni, a quasi "esplodere" la sua atmosfera da Marte. Per questo motivo, il pianeta arancione ha perso sudore e acqua e, forse, organismi viventi.
Dove si placa il vento solare?
Nessuno sa ancora la risposta esatta. Le particelle volano nelle vicinanze della Terra, prendendo velocità. Poi gradualmente cala, ma sembra che il vento raggiunga gli angoli più remoti del sistema solare. Da qualche parte lì si indebolisce ed è decelerato dalla materia interstellare rarefatta.
Finora, gli astronomi non possono dire esattamente fino a che punto ciò avvenga. Per rispondere, devi catturare le particelle, che volano sempre più lontano dal Sole, finché non smettono di incrociarsi. A proposito, il limite in cui ciò avverrà può essere considerato il confine del sistema solare. 
Le trappole per il vento solare sono dotate di veicoli spaziali che periodicamente vengono lanciati dal nostro pianeta. Nel 2016, i flussi di vento solare sono stati catturati in video. Chissà se non diventerà lo stesso "personaggio" familiare dei bollettini meteorologici del nostro vecchio amico: il vento della terra?
C'è un flusso costante di particelle espulse dall'atmosfera superiore del sole. Vediamo le prove del vento solare intorno a noi. Potenti tempeste geomagnetiche possono danneggiare i satelliti e i sistemi elettrici sulla Terra e causare bellissime aurore. Forse la migliore prova di ciò sono le lunghe code delle comete che passano vicino al sole.
Le particelle di polvere di cometa vengono deviate dal vento e portate via dal Sole, motivo per cui le code delle comete puntano sempre lontano dal nostro sole.
Vento solare: origine, caratteristiche
Proviene dagli strati superiori dell'atmosfera solare, chiamati corona. In questa regione, la temperatura è di oltre 1 milione di Kelvin e le particelle hanno una carica di energia superiore a 1 keV. Esistono in realtà due tipi di vento solare: lento e veloce. Questa differenza può essere vista nelle comete. Se guardi da vicino l'immagine di una cometa, vedrai che spesso hanno due code. Uno è dritto e l'altro è più curvo.
Vento solare veloce
Viaggia a 750 km/s e gli astronomi ritengono che provenga da buchi coronali, regioni in cui le linee del campo magnetico perforano la superficie del Sole.
vento solare lento
Ha una velocità di circa 400 km/s, e proviene dalla fascia equatoriale della nostra stella. La radiazione raggiunge la Terra, a seconda della velocità, da alcune ore a 2-3 giorni.
Il vento solare lento è più ampio e denso di quello veloce, il che crea una coda di cometa grande e luminosa.
Se non fosse per il campo magnetico terrestre, distruggerebbe la vita sul nostro pianeta. Tuttavia, il campo magnetico attorno al pianeta ci protegge dalle radiazioni. La forma e la dimensione del campo magnetico sono determinate dalla forza e dalla velocità del vento.
Alla fine degli anni Quaranta, l'astronomo americano S. Forbush scoprì un fenomeno incomprensibile. Quando ha misurato l'intensità dei raggi cosmici, Forbush ha notato che diminuisce significativamente con l'aumento dell'attività solare e diminuisce abbastanza bruscamente durante le tempeste magnetiche.
Sembrava piuttosto strano. Piuttosto, ci si poteva aspettare il contrario. Dopotutto, il Sole stesso è un fornitore di raggi cosmici. Pertanto, sembrerebbe che maggiore è l'attività della nostra luce diurna, più particelle dovrebbe gettare nello spazio circostante.
Restava da presumere che l'aumento dell'attività solare influenzi il campo magnetico terrestre in modo tale che inizi a deviare le particelle di raggi cosmici - a respingerle. Il percorso verso la Terra è, per così dire, bloccato.
La spiegazione sembrava logica. Ma, ahimè, come divenne presto chiaro, era chiaramente insufficiente. I calcoli fatti dai fisici testimoniavano inconfutabilmente che il cambiamento condizioni fisiche solo nelle immediate vicinanze della Terra non può provocare un effetto di tale entità come si osserva nella realtà. Ovviamente, devono esserci altre forze che impediscono la penetrazione dei raggi cosmici nel sistema solare e, inoltre, quelle che aumentano con l'aumentare dell'attività solare.
Fu allora che sorse l'ipotesi che i colpevoli del misterioso effetto fossero flussi di particelle cariche che fuoriescono dalla superficie del Sole e penetrano nello spazio del sistema solare. Questo tipo di "vento solare" pulisce il mezzo interplanetario, "spazzando via" le particelle di raggi cosmici da esso.
Anche i fenomeni osservati nelle comete hanno parlato a favore di tale ipotesi. Come sapete, le code delle comete puntano sempre lontano dal Sole. Inizialmente, questa circostanza era associata alla leggera pressione dei raggi solari. Tuttavia, a metà del secolo in corso, è stato stabilito che la pressione leggera da sola non può causare tutti i fenomeni che si verificano nelle comete. I calcoli hanno dimostrato che per la formazione e la deflessione osservata delle code cometarie, è necessario influenzare non solo i fotoni, ma anche le particelle di materia. A proposito, tali particelle potrebbero eccitare il bagliore ionico che si verifica nelle code delle cometarie.
In effetti, il fatto che il Sole emette flussi di particelle cariche - corpuscoli, era noto già prima. Tuttavia, si presumeva che tali flussi fossero episodici. Gli astronomi hanno associato la loro presenza alla comparsa di bagliori e macchie. Ma le code delle comete sono sempre dirette lontano dal Sole, e non solo durante i periodi di maggiore attività solare. Ciò significa che anche la radiazione corpuscolare che riempie lo spazio del sistema solare deve esistere costantemente. Si intensifica con l'aumentare dell'attività solare, ma esiste sempre.
Pertanto, lo spazio quasi solare è continuamente soffiato dal vento solare. In cosa consiste questo vento e in quali condizioni si forma?
Conosciamo lo strato più esterno dell'atmosfera solare: la "corona". Questa parte dell'atmosfera della nostra luce diurna è insolitamente rarefatta. Anche nelle immediate vicinanze del Sole, la sua densità è solo circa centomilionesimo della densità dell'atmosfera terrestre. Ciò significa che ogni centimetro cubo di spazio circumsolare contiene solo poche centinaia di milioni di particelle corona. Ma la cosiddetta "temperatura cinetica" della corona, determinata dalla velocità delle particelle, è molto alta. Raggiunge un milione di gradi. Pertanto, il gas coronale è completamente ionizzato ed è una miscela di protoni, ioni vari elementi ed elettroni liberi.
Recentemente, è apparso un rapporto secondo cui è stata rilevata la presenza di ioni elio nella composizione del vento solare. Questa circostanza rovescia un incantesimo sul meccanismo mediante il quale l'espulsione della carica
particelle dalla superficie del sole. Se il vento solare fosse costituito solo da elettroni e protoni, si potrebbe ancora presumere che si sia formato a causa di processi puramente termici e sia qualcosa come il vapore che si forma sopra la superficie dell'acqua bollente. Tuttavia, i nuclei degli atomi di elio sono quattro volte più pesanti dei protoni ed è quindi improbabile che vengano espulsi per evaporazione. Molto probabilmente, la formazione del vento solare è associata all'azione delle forze magnetiche. Volando lontano dal Sole, le nuvole di plasma, per così dire, portano via i campi magnetici. Sono questi campi che servono come quel tipo di "cemento" che "fissa" insieme particelle con masse e cariche diverse.
Osservazioni e calcoli effettuati dagli astronomi hanno dimostrato che man mano che ci allontaniamo dal Sole, la densità della corona diminuisce gradualmente. Ma si scopre che nella regione dell'orbita terrestre è ancora notevolmente diverso da zero. In questa regione del sistema solare ci sono da cento a mille particelle coronali per ogni centimetro cubo di spazio. In altre parole, il nostro pianeta si trova all'interno dell'atmosfera solare e, se volete, abbiamo il diritto di chiamarci non solo gli abitanti della Terra, ma anche gli abitanti dell'atmosfera del Sole.
Se la corona è più o meno stabile vicino al Sole, all'aumentare della distanza tende ad espandersi nello spazio. E più lontano dal Sole, maggiore è il tasso di questa espansione. Secondo i calcoli dell'astronomo americano E. Parker, già a una distanza di 10 milioni di km, le particelle coronali si muovono a velocità superiori a quella del suono. E poiché più ci si allontana dal Sole e si indebolisce la forza di attrazione solare, queste velocità aumentano molte volte di più.
Pertanto, la conclusione stessa suggerisce che la corona solare è il vento solare che soffia nello spazio del nostro sistema planetario.
Queste conclusioni teoriche sono state pienamente confermate da misurazioni su razzi spaziali e satelliti di terra artificiale. Si è scoperto che il vento solare esiste sempre e "soffia" vicino alla Terra a una velocità di circa 400 km/sec. Con l'aumento dell'attività solare, questa velocità aumenta.
Quanto lontano soffia il vento solare? Questa domanda è di notevole interesse, tuttavia, per ottenere i corrispondenti dati sperimentali, è necessario effettuare sondaggi da parte di veicoli spaziali della parte esterna del sistema solare. Fino a quando ciò non viene fatto, ci si deve accontentare di considerazioni teoriche.
Tuttavia, non è possibile ottenere una risposta definitiva. A seconda delle ipotesi iniziali, i calcoli portano a risultati diversi. In un caso, si scopre che il vento solare si placa già nell'orbita di Saturno, nell'altro che esiste ancora a una distanza molto grande oltre l'orbita dell'ultimo pianeta, Plutone. Ma questi sono solo in teoria i limiti estremi della possibile propagazione del vento solare. Solo le osservazioni possono indicare il confine esatto.
I più affidabili sarebbero, come abbiamo già notato, i dati delle sonde spaziali. Ma in linea di principio sono possibili anche alcune osservazioni indirette. In particolare, è stato osservato che dopo ogni successivo calo dell'attività solare, il corrispondente aumento dell'intensità dei raggi cosmici ad alta energia, cioè i raggi che entrano nel sistema solare dall'esterno, si verifica con un ritardo di circa sei mesi. Apparentemente, questo è esattamente il periodo necessario affinché il prossimo cambiamento nella potenza del vento solare raggiunga il limite della sua propagazione. Poiché la velocità media di propagazione del vento solare è di circa 2,5 unità astronomiche (1 unità astronomica = 150 milioni di km - la distanza media della Terra dal Sole) al giorno, ciò fornisce una distanza di circa 40-45 unità astronomiche. In altre parole, il vento solare si asciuga da qualche parte intorno all'orbita di Plutone.