Що являє собою Сонячний вітер? Заряджені частинки сонячного вітру
Може досягати значень до 1,1 мільйона градусів за Цельсієм. Тому, маючи таку температуру, частки рухаються дуже швидко. Гравітація Сонця не може втримати їх і вони покидають зірку.
Активність Сонця змінюється протягом 11-річного циклу. При цьому кількість сонячних плям, рівні радіації та маса викинутого у космос матеріалу змінюються. І ці зміни впливають на властивості сонячного вітру – його магнітне поле, швидкість, температуру та щільність. Тому сонячний вітер може мати різні властивості. Вони залежить від цього, де безпосередньо був його джерело на Сонце. І ще вони залежать від того, як швидко оберталася ця область.
Швидкість сонячного вітру вища за швидкість руху речовини корональних отворів. І сягає 800 кілометрів на секунду. Ці отвори виникають на полюсах Сонця та його низьких широтах. Вони набувають найбільших розмірів у ті періоди, коли активність на Сонці мінімальна. Температури речовини, що переноситься сонячним вітром, можуть досягати 800 000 °C.
У поясі коронального стримеру, розташованого навколо екватора, сонячний вітер рухається повільніше – близько 300 км. за секунду. Встановлено, що температура речовини, що переміщається у повільному сонячному вітрі, досягає 1,6 млн. с.
Сонце та його атмосфера складаються з плазми та суміші позитивно та негативно заряджених частинок. Вони мають дуже високі температури. Тому матерія постійно залишає Сонце, що забирається сонячним вітром.
Вплив на землю
Коли сонячний вітер покидає Сонце, він несе заряджені частинки та магнітні поля. Частки сонячного вітру, що випромінюються в усіх напрямках, постійно впливає на нашу планету. Цей процес викликає цікаві ефекти.
Якщо матеріал, що переноситься сонячним вітром, досягне поверхні планети, він завдасть серйозної шкоди будь-якій формі життя, яка існує на . Тому магнітне поле Землі є щитом, перенаправляючи траєкторії сонячних частинок навколо планети. Заряджені частинки хіба що «стікають» її межами. Вплив сонячного вітру змінює магнітне поле Землі таким чином, що воно деформується та розтягується на нічному боці нашої планети.
Іноді Сонце викидає великі обсяги плазми, відомі як викиди корональної маси (CME) або сонячні бурі. Найчастіше це відбувається у період активного періоду сонячного циклу, відомого як сонячний максимум. CME мають сильніший ефект, ніж стандартний сонячний вітер.
Деякі тіла Сонячної системи, як і Земля, екрановані магнітним полем. Але багато хто з них такого захисту не має. Супутник нашої Землі не має жодного захисту для своєї поверхні. Тому відчуває максимальну дію сонячного вітру. Меркурія, найближча до Сонця планети, має магнітне поле. Воно захищає планету від звичайного стандартного вітру, проте воно не здатне протистояти потужнішим спалахам, таким як CME.
Коли високо- і низькошвидкісні потоки сонячного вітру взаємодіють один з одним, вони створюють щільні області, відомі як області з взаємодією, що обертається (CIR). Саме ці області спричиняють геомагнітні бурі при зіткненні із земною атмосферою.
сонячний вітерта заряджені частинки, які він несе, можуть впливати на супутники Землі та Глобальні системи позиціонування (GPS). Потужні сплески можуть пошкодити супутники або спричинити помилки визначення координат під час використання сигналів GPS у десятки метрів.
Сонячний вітер досягає всіх планет. Місія NASA New Horizons виявила його, коли подорожувала між і .
Вивчення сонячного вітру
Вченим відомо про існування сонячного вітру із 1950-х років. Але незважаючи на його серйозний вплив на Землю та космонавтів, вчені все ще не знають багатьох його характеристик. Декілька космічних місій, скоєних в останні десятиліття, намагалися пояснити цю таємницю.
Запущена в космос 6 жовтня 1990 місія NASA Ulysses вивчала Сонце на різних його широтах. Вона вимірювала різні властивостісонячного вітру протягом більш ніж десяти років.
Місія Advanced Composition Explorer () мала орбіту, пов'язану з однією з особливих точок, що знаходяться між Землею та Сонцем. Вона відома як точка Лагранжа. У цій галузі гравітаційні сили від Сонця та Землі мають однакове значення. І це дозволяє супутникові мати стабільну орбіту. Розпочатий у 1997 році експеримент ACE вивчає сонячний вітер та забезпечує вимірювання постійного потоку частинок у реальному масштабі часу.
Космічні апарати NASA STEREO-A та STEREO-B вивчають краї Сонця з різних боків, щоб побачити, як народжується сонячний вітер. За даними NASA, STEREO представила «унікальний та революційний погляд на систему Земля – Сонце».
Нові місії
NASA планує запуск нової місії з вивчення Сонця. Вона дає вченим надію дізнатися ще більше про природу Сонця та сонячного вітру. Сонячний зонд NASA Parker, що планується до запуску ( успішно запущений 12.08.2018 - Navigator) влітку 2018 року, буде працювати таким чином, щоб буквально «доторкнутися до Сонця». Через кілька років польоту на орбіті, близькій до нашої зірки, зонд вперше в історії порине в корону Сонця. Це буде зроблено для того, щоб отримати комбінацію фантастичних зображень та вимірювань. Експеримент просуне вперед наше розуміння природи сонячної корони, та покращить розуміння походження та еволюції сонячного вітру.
Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.
Уявіть, що ви почули слова диктора у прогнозі погоди: Завтра вітер різко посилиться. У зв'язку з цим можливі перебої у роботі радіо, мобільного зв'язкута інтернету. У США відкладено відправлення космічної місії. На півночі Росії очікуються інтенсивні полярні сяйва…».
Ви здивуєтеся: яка нісенітниця, до чого тут вітер? А річ у тому, що ви пропустили початок прогнозу: «Вчора вночі стався спалах на Сонці. Потужний потік сонячного вітру рухається Землі…».
Звичайний вітер – це рух частинок повітря (молекул кисню, азоту та інших газів). Від Сонця теж мчить потік частинок. Його називають сонячним вітром. Якщо не вникати в сотні громіздких формул, обчислень та жарких наукових суперечок, то, загалом, картина є такою.
Усередині нашого світила йдуть термоядерні реакції, що розжарюють цю величезну кулю газів. Температура зовнішнього шару – сонячної корони сягає мільйон градусів. Це змушує атоми рухатися з такою швидкістю, що, зіштовхуючись, вони розбивають один одного вщент. Відомо, що розігрітий газ прагне розширитися, зайняти більший обсяг. Щось подібне трапляється і тут. Частинки водню, гелію, кремнію, сірки, заліза та інших речовин розлітаються на всі боки.
Вони набирають все більшу швидкість і приблизно за шість діб долітають до навколоземних рубежів. Навіть якщо світило спокійно, швидкість сонячного вітру сягає тут 450 кілометрів на секунду. Ну, а коли спалах Сонця вивергає величезний вогняний міхур частинок, їхня швидкість може досягати 1200 кілометрів на секунду! Та й освіжаючим «вітерець» не назвеш – близько 200 тисяч градусів.
Чи відчуває людина сонячний вітер?
Справді, якщо потік гарячих частинок несеться постійно, чому ми не відчуваємо, як він «обдуває» нас? Припустимо, частки такі малі, що шкіра не відчуває їх дотиків. Але їх помічають і земні прилади. Чому?
Тому що від сонячних вихорів Землю захищає її магнітне поле. Потік частинок ніби обтікає його і мчить далі. Тільки в дні, коли викиди на сонці особливо сильні, нашому магнітному щиту доводиться туго. Сонячний ураган пробиває його та вривається у верхні шари атмосфери. Частинки-прибульці викликають. Магнітне поле різко деформується, синоптики говорять про «магнітні бурі». 
Через них виходять із-під контролю космічні супутники. Зникають з радарних екранів літаки. Створюються перешкоди радіохвилям і порушується зв'язок. У такі дні відключають супутникові антени, скасовують авіарейси, переривають спілкування з космічними апаратами. У електромережах, залізничних рейках, трубопроводах раптово народжується електричний струм. Від цього сигнали світлофорів переключаються, іржавіють газопроводи, згоряють відключені електроприлади. Плюс до того, тисячі людей відчувають дискомфорт та нездужання.
Космічні ефекти сонячного вітру можна виявити не тільки під час спалахів на Сонці: він, нехай слабший, але віє постійно.
Давно помічено, що хвіст комети виростає з наближенням її до Сонця. Воно змушує випаровуватися замерзлі гази, що утворюють кометне ядро. А сонячний вітер зносить ці гази у вигляді шлейфу, завжди спрямованого у протилежний від Сонця бік. Так земний вітер розгортає дим із труби і надає йому тієї чи іншої форми.
У роки підвищеної активності різко падає опромінення Землі галактичними космічними променями. Сонячний вітер набирає такої сили, що просто виметає їх на околиці планетної системи.
Є планети, у яких магнітне поле дуже слабке, а то й зовсім відсутнє (наприклад, на Марсі). Тут сонячному вітру ніщо не заважає розгулятися. Вчені вважають, що це він за сотні мільйонів років майже "видмухав" з Марса його атмосферу. Через це помаранчева планета втратила потім і воду і, можливо, живі організми.
Де стихає сонячний вітер?
Точної відповіді не знає поки що ніхто. До околиць Землі частки летять, набираючи швидкість. Потім вона поступово падає, але, схоже, вітер досягає найдальших куточків Сонячної системи. Десь там він слабшає і гальмується розрідженою міжзоряною речовиною.
Поки що астрономи не можуть точно сказати, як далеко це відбувається. Для відповіді потрібно ловити частинки, відлітаючи все далі від Сонця, доки вони не перестануть траплятися. До речі, та межа, де це станеться, якраз і можна вважати межею Сонячної системи. 
Пастками для сонячного вітру обладнані космічні апарати, які періодично запускають із нашої планети. У 2016 році потоки сонячного вітру вдалося зафільмувати на відео. Хто знає, чи не стане він таким самим звичним «персонажем» зведення погоди, як наш давній знайомий – вітер земний?
Існує постійний потік частинок, що викидаються із верхніх шарів атмосфери Сонця. Ми бачимо свідчення сонячного вітру довкола нас. Потужні геомагнітні бурі можуть ушкоджувати супутники та електричні системи Землі, і викликати красиві полярні сяйва. Можливо, найкращий його доказ, це довгі хвости комет, коли вони проходять поблизу Сонця.
Частинки пилу комети відхиляються вітром і несуть від Сонця, тому хвости комет завжди спрямовані від нашого світила.
Сонячний вітер: походження, характеристики
Він виходить із верхніх шарів атмосфери Сонця, званої короною. У цьому регіоні температура більше 1 мільйона Кельвінів, і частки мають заряд енергії більш ніж 1 кеВ. Існують практично два види сонячного вітру: повільний і швидкий. Цю різницю можна побачити в кометах. Якщо ви подивитеся на зображення комети уважно, то побачите, що вони часто мають два хвости. Один із них прямий, а інший більш вигнутий.
Швидкий сонячний вітер
Він рухається зі швидкістю 750 км/с, і астрономи вважають, що вони походять з корональних дірок — регіонів, де силові лінії магнітного поля пробиваються до Сонця.
Повільний сонячний вітер
Він має швидкість близько 400 км/с і приходить з екваторіального поясу нашої зірки. Випромінювання сягає Землі, залежно від швидкості, від кількох годин, до 2-3 днів.
Повільний сонячний вітер ширший і щільніший, ніж швидкий, що створює великий, яскравий хвіст комети.
Якби не магнітне поле Землі, він знищив би життя нашій планеті. Однак, магнітне поле навколо планети захищає нас від радіації. Форма та розмір магнітного поля визначається силою та швидкістю вітру.
Наприкінці 40-х американський астроном С. Форбуш виявив незрозуміле явище. Вимірюючи інтенсивність космічних променів, Форбуш зауважив, що вона значно знижується у разі зростання сонячної активності і дуже різко падає під час магнітних бур.
Це було досить дивним. Швидше, можна очікувати зворотного. Адже Сонце є постачальником космічних променів. Тому, здавалося б, що вище активність нашого денного світила, то більше вписувалося частинок воно має викидати у навколишній простір.
Залишалося припустити, що зростання сонячної активності впливає земне магнітне полі в такий спосіб, що вона починає відхиляти частки космічних променів - відкидати їх. Шлях до Землі ніби замикається.
Пояснення здавалося логічним. Але, на жаль, як з'ясувалося незабаром, воно було явно недостатнім. Підрахунки, зроблені фізиками, незаперечно свідчили, що зміна фізичних умовлише у безпосередній близькості від Землі неспроможна викликати ефекту такого масштабу, який спостерігається насправді. Очевидно, повинні існувати і якісь інші сили, що перешкоджають проникненню космічних променів у сонячну систему, і такі, що зростають із збільшенням сонячної активності.
Тоді й виникло припущення, що винуватцями загадкового ефекту є потоки заряджених частинок, що вириваються з поверхні Сонця і пронизують простір сонячної системи. Цей своєрідний «сонячний вітер» і очищає міжпланетне середовище, «викидаючи» з нього частки космічних променів.
На користь подібної гіпотези говорили також явища, що у кометах. Як відомо, кометні хвости завжди спрямовані від Сонця. Спочатку цю обставину пов'язували зі світловим тиском сонячних променів. Однак у середині століття було встановлено, що лише світлове тиск неспроможна викликати всіх явищ, які у кометах. Розрахунки показали, що для утворення та відхилення кометних хвостів, що спостерігається, необхідна дія не тільки фотонів, а й частинок речовини. До речі, такі частинки могли б порушувати те, що відбувається в кометних хвостах світіння іонів.
Власне, про те, що Сонце викидає потоки заряджених частинок - корпускул, було відомо і раніше. Однак передбачалося, що такі потоки мають епізодичний характер. Їх виникнення астрономи пов'язували з появою спалахів і плям. Але кометні хвости спрямовані у протилежний від Сонця бік завжди, а не лише у періоди посилення сонячної активності. Отже, і корпускулярна радіація, що заповнює простір сонячної системи, має постійно існувати. Вона посилюється зі зростанням сонячної активності, але існує завжди.
Таким чином, навколосонячний простір безперервно обдувається сонячним вітром. З чого складається цей вітер і за яких умов він виникає?
Познайомимося із зовнішнім шаром сонячної атмосфери - «короною». Ця частина атмосфери нашого денного світила надзвичайно розріджена. Навіть у безпосередній близькості від Сонця її щільність становить близько однієї стомільйонної частки щільності земної атмосфери. Це означає, що у кожному кубічному сантиметрі навколосонячного простору міститься лише кілька сотень мільйонів частинок корони. Але так звана «кінетична температура» корони, яка визначається за швидкістю руху частинок, дуже велика. Вона сягає мільйона градусів. Тому корональний газ повністю іонізований і є сумішшю протонів, іонів. різних елементівта вільних електронів.
Нещодавно з'явилося повідомлення про те, що у складі сонячного вітру виявлено присутність іонів гелію. Ця обставина проливає заспівання на той механізм, за допомогою якого відбувається викид заряджених
частинок з поверхні Сонця. Якби сонячний вітер складався тільки з електронів і протонів, то ще можна було б припускати, що він утворюється за рахунок суто теплових процесів і є чимось на зразок пари, що утворюється над поверхнею окропу. Однак ядра атомів гелію в чотири рази важчі за протони і тому малоймовірно, щоб вони могли викидатися внаслідок випаровування. Швидше за все, освіта сонячного вітру пов'язана з дією магнітних сил. Відлітаючи від Сонця, хмари плазми ніби забирають із собою і магнітні поля. Саме ці поля і є тим своєрідним «цементом», який «скріплює» воєдино частинки з різними масами та зарядами.
Спостереження та обчислення, проведені астрономами, показали, що в міру віддалення від Сонця щільність корони поступово зменшується. Але, виявляється, у районі орбіти Землі вона помітно відрізняється від нуля. У цій галузі сонячної системи на кожен кубічний сантиметр простору припадає від 100 до 1000 корональних частинок. Іншими словами, наша планета знаходиться всередині сонячної атмосфери і, якщо хочете, ми маємо право називати себе не лише жителями Землі, а й жителями атмосфери Сонця.
Якщо поблизу Сонця корона більш менш стабільна, то в міру збільшення відстані вона прагне розширитися в простір. І що далі від Сонця, то вище швидкість цього розширення. Згідно з розрахунками американського астронома Е. Паркера, вже на відстані 10 млн. км корональні частинки рухаються зі швидкостями, що перевищують швидкість звуку. Але мірою подальшого віддалення від Сонця і ослаблення сили сонячного тяжіння ці швидкості зростають ще кілька разів.
Таким чином, напрошується висновок про те, що сонячна корона – це і є сонячний вітер, що обдуває простір нашої планетної системи.
Ці теоретичні висновки були повністю підтверджені вимірами на космічних ракетах і штучних супутниках Землі. Виявилося, що сонячний вітер існує завжди і поблизу Землі "дме" зі швидкістю близько 400 км/сек. Зі збільшенням сонячної активності швидкість ця зростає.
Як далеко дме сонячний вітер? Питання це становить значний інтерес, проте для отримання відповідних експериментальних даних необхідно здійснити зондування космічними апаратами зовнішньої частини сонячної системи. Поки що це зроблено, доводиться задовольнятися теоретичними міркуваннями.
Однак однозначної відповіді отримати не вдається. Залежно від вихідних передумов розрахунки призводять до різних результатів. В одному випадку виходить, що сонячний вітер затихає вже в районі орбіти Сатурна, в іншому - що існує ще на дуже великій відстані за орбітою останньої планети Плутона. Але це лише теоретично крайні межі можливого розповсюдження сонячного вітру. Вказати точну межу можуть лише спостереження.
Найбільш достовірними були б дані космічних зондів. Але в принципі можливі деякі непрямі спостереження. Зокрема, було відмічено, що після кожного чергового спаду сонячної активності відповідне зростання інтенсивності космічних променів високих енергій, тобто променів, що приходять у сонячну систему ззовні, відбувається із запізненням приблизно на шість місяців. Мабуть, це і є саме той термін, який необхідний, щоб чергова зміна потужності сонячного вітру дійшла межі її поширення. Оскільки середня швидкість поширення сонячного вітру становить близько 2,5 астрономічної одиниці (1 астрономічна одиниця = 150 млн. км-середній відстані Землі від Сонця) на добу, це дає відстань близько 40-45 астрономічних одиниць. Іншими словами, сонячний вітер вичерпується десь у районі орбіти Плутона.