Heliosfären

Heliosfären  är ett område av nära solrymden där solvindplasman rör sig i förhållande till solen med överljudshastighet . Från utsidan begränsas heliosfären av en kollisionsfri chockvåg som uppstår i solvinden på grund av dess interaktion med interstellär plasma och det interstellära magnetfältet . [ett]

De första 10 miljarderna kilometerna är solvindens hastighet cirka en miljon kilometer i timmen. [2] [3] När den kolliderar med det interstellära mediet saktar den ner och blandar sig med den. Gränsen vid vilken solvinden avtar kallas stötvågsgränsen ; gränsen längs vilken trycket från solvinden och det interstellära mediet balanseras kallas heliopausen ; gränsen vid vilken det interstellära mediet kolliderar med den mötande solvinden är bogchockvågen .

Begreppet "heliosfär" är ett särskilt exempel på ett mer allmänt fenomen - astrosfären (och inom en snar framtid den enda tillgänglig för forskning från insidan). När det gäller godtyckliga stjärnor i den engelskspråkiga litteraturen kan den synonyma termen " stjärnvindsbubbla " också användas .

Solvind

Solvinden är en ström av partiklar (joniserade atomer i solkoronan) och fält , i synnerhet magnetfält. När solen roterar på 27 dagar tar det magnetiska fältet som bärs av solvinden formen av en spiral . Jorden , när den passerar svängarna i denna spiral, interagerar med den med sitt magnetfält, vilket kan leda till magnetiska stormar .

I mars 2005 publicerades SOHO- mätningar . De visade att det område av rymden som är fyllt med solvinden inte har en exakt axiell symmetri, utan har en något förvrängd form, troligen under påverkan av den lokala regionen av det allmänna galaktiska magnetfältet [4] .

Struktur

Heliosfäriskt strömblad

Det heliosfäriska strömskiktet är en "krusning" i heliosfären som skapas av att solens magnetfält roterar och ändrar sin polaritet. Det nuvarande arket sträcker sig bortom heliosfären och är den största strukturen i solsystemet. Dess form liknar en ballerinas lagerkjol [5] .

Extern struktur

Heliosfärens yttre struktur bestäms av solvindens interaktion med flödet av partiklar i det interstellära rymden. Solvindströmmarna rör sig i alla riktningar från solen, nära jorden med hastigheter på flera hundra kilometer per sekund. På ett visst avstånd från solen, långt bortom Neptunus omloppsbana , börjar denna överljudsström att sakta ner. Denna hämning sker i flera steg:

Stötvågsgräns

Gränsen för stötvågen  är ytan inne i heliosfären, på vilken solvinden plötsligt saktar ner till ljudhastigheter (relativt solens hastighet). Detta beror på det faktum att solvindens material "bullar" på den interstellära materien. Man tror att i vårt solsystem ligger gränsen för stötvågen på ett avstånd av 75-90  AU. (ca 11-13,5 miljarder km). [6] År 2007 korsade Voyager 2 gränsen för stötvågen [7] . (I själva verket korsade han den fem gånger på grund av att gränsen är instabil och ändrar sitt avstånd från solen till följd av fluktuationer i solaktiviteten och mängden materia som solen sänder ut).

Stötvågen uppstår på grund av att solvindens partiklar rör sig med en hastighet av cirka 400 km/s , medan ljudhastigheten i det interstellära rymden är cirka 100 km/s (det exakta värdet beror på densiteten och kan därför variera). Även om den interstellära materien har en mycket låg densitet skapar den ändå ett konstant, om än obetydligt, tryck, som på ett visst avstånd från solen blir tillräckligt för att bromsa solvinden till ljudhastigheter. Det är här chockvågen uppstår.

Liknande gränser för stötvågor kan observeras under terrestra förhållanden. Det enklaste exemplet kan ses genom att observera beteendet hos vattenflödet i ett handfat. När den träffar diskbänken sprider sig vattenstrålen i alla riktningar med en hastighet som överstiger hastigheten för utbredning av mekaniska vågor i vatten. En skiva med mycket liten tjocklek bildas av snabbt spridande vatten, vilket liknar solvindens överljudsflöde. Vid kanterna av denna skiva bildas en vattenaxel, bakom vilken vatten strömmar med en hastighet som är lägre än hastigheten för utbredning av mekaniska vågor.

Bevis som presenterades av Ed Stone vid American Geophysical Unions möte i maj 2005 säger att rymdfarkosten Voyager 1 korsade bogchockgränsen i december 2004 när den var 94  AU bort. från solen. En sådan slutsats gjordes genom att ändra magnetfältsindikatorerna från enheten. Voyager 2 -apparaten registrerade i sin tur den omvända rörelsen av partiklar redan på ett avstånd av 76 AU. i maj 2006. Detta indikerar en något asymmetrisk form av heliosfären, vars norra halva är större än den södra [8] .

Satelliten Interstellar Boundary Explorer kommer att försöka samla in ytterligare data om stötvågsgränsen.

Bortom gränsen för chockvågen är heliopausen , där den slutliga retardationen av solvinden och dess blandning med interstellär materia äger rum, och ännu längre - bow shock , under vars passage partiklarna i den interstellära vinden upplever en retardation liknande den solvindens.

I juni 2011 tillkännagavs att Voyager-forskning hade avslöjat att magnetfältet vid kanten av solsystemet hade en skumliknande struktur. Detta beror på att magnetiserad materia och små rymdobjekt bildar lokala magnetfält, som kan jämföras med bubblor [9] .

Heliosfärisk mantel

Den heliosfäriska manteln  är regionen av heliosfären utanför stötvågen. I den bromsas solvinden, komprimeras och dess rörelse får en turbulent karaktär. Den heliosfäriska manteln börjar på ett avstånd av 80–100  AU . från solen. Men till skillnad från den inre delen av heliosfären är manteln inte sfärisk. Dess form är mer som en långsträckt kometkoma , som sträcker sig i motsatt riktning mot solens riktning. Tjockleken på manteln från sidan av den mötande interstellära vinden är mycket mindre än från den motsatta [10] . Voyagers nuvarande uppdrag är att samla in data om den heliosfäriska manteln.

Heliopaus

Heliopausen  är den teoretiska gränsen vid vilken solvindens slutliga retardation inträffar. Dess tryck kan inte längre trycka ut den interstellära materien ur solsystemet, och materia från solvinden blandas med den interstellära.

Hypoteser

Enligt en av hypoteserna [11] finns det mellan bogchocken och heliopausen en region fylld med hett väte, kallad väteväggen . Denna vägg innehåller interstellär materia komprimerad genom interaktion med heliosfären. När partiklar som sänds ut av solen kolliderar med partiklar av interstellär materia förlorar de sin hastighet och omvandlar kinetisk energi till termisk energi, vilket leder till bildandet av ett område med uppvärmd gas.

Som ett alternativ föreslås en definition att heliopausen är magnetopausen , gränsen som begränsar solens magnetosfär , bortom vilken det allmänna galaktiska magnetfältet börjar .

Observationsdata

I december 2011 låg Voyager 1 på cirka 119  AU . ( 17,8 miljarder km ) från solen [12] och flög till det så kallade stagnationsområdet - den sista gränsen som skiljer apparaten från det interstellära rymden. Stagnationsregionen är en region med ett ganska starkt magnetfält (induktionen har ökat kraftigt med nästan två gånger jämfört med tidigare värden) - trycket från laddade partiklar från det interstellära rymden gör att fältet som skapas av solen tjocknar. Dessutom registrerade enheten en ökning av antalet högenergielektroner (cirka 100 gånger ), som tränger in i solsystemet från det interstellära rymden [12] .

Under första halvåret 2012 nådde Voyager 1 kanten av det interstellära rymden. Sensorerna för den automatiska stationen från januari till början av juni registrerade en ökning av nivån av galaktiska kosmiska strålar - högenergiladdade partiklar av interstellärt ursprung - med 25%. Dessutom registrerade sondens sensorer en kraftig minskning av antalet laddade partiklar som emanerade från solen. Dessa data indikerade för forskare att Voyager 1 närmade sig kanten av heliosfären och snart skulle komma in i det interstellära rymden [13] .

I slutet av augusti 2012 registrerade rymdfarkostens sensorer en kraftig minskning av de registrerade solvindspartiklarna. Till skillnad från tidigare liknande fall fortsatte den nedåtgående trenden denna gång. 2012 eller 2013 gick Voyager 1 bortom heliosfären in i det interstellära rymden [14] [15] .

bow shock

Hypotesen säger att solen också skapar en stötvåg när den rör sig genom interstellär materia, precis som stjärnan på bilden till höger. Denna stötvåg har formen av en paraboloid. Det är som en våg på vattenytan framför fören på ett fartyg i rörelse, och uppstår av samma anledningar. Huvudvågen kommer att uppstå om den interstellära materien rör sig mot solen med överljudshastighet. "Träffar" på heliosfären bromsas den interstellära vinden in och bildar en stötvåg, liknande den våg som bildas inne i heliosfären när solvinden bromsar in. NASA - specialisterna Robert Nemiroff ( eng.  Robert Nemiroff ) och Jerry Bonnell ( Jerry Bonnell ) tror att solbågvågen kan existera på ett avstånd av 230  a.e. från solen [16] .

Stötvågen kanske inte existerar alls [17]  - i en studie publicerad på basis av en analys av data från IBEX- sonden hävdas att heliosfärens hastighet genom det interstellära mediet inte är tillräckligt hög för att detta ( 84 tusen km/h istället för de tidigare antagna 95 tusen km/h). ). Dessa slutsatser bekräftas också av Voyager- data .

Observationer från GALEX orbitalteleskop visade att stjärnan i stjärnbilden Cetus värld har en kometliknande komaliknande svans av utbruten stjärnmateria, såväl som en tydligt urskiljbar bågchock , belägen i riktningen för stjärnans rörelse genom rymden (vid en hastighet av 130 km/s ).

Utforska heliosfären

Heliosfären studeras av Interstellar Boundary Explorer (IBEX) och Voyagers . 2009, på grundval av data som erhållits med hjälp av IBEX, upptäcktes ett jätteband som omringade hela "bubblan" i heliosfären [18] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Astronet. Heliosfären . Hämtad 1 december 2010. Arkiverad från originalet 9 februari 2013.
  2. ↑ Dr. David H. Hathaway. Solvinden . NASA (18 januari 2007). Hämtad 11 december 2007. Arkiverad från originalet 22 augusti 2011.
  3. ↑ Britt, Robert Roy . En glödande upptäckt i spetsen för vårt dopp genom rymden , SPACE.com (15 mars 2000). Arkiverad från originalet den 11 januari 2001. Hämtad 24 maj 2006.
  4. ↑ Lallement, R.; Quemerais, E.; Bertaux, JL; Ferron, S.; Koutrompa, D.; Pellinen, R. Deflection of the Interstellar Neutral Hydrogen Flow Across the Heliospheric Interface  //  Science : journal. - 2005. - Vol. 307 , nr. 5714 . - P. 1447-1449 . - doi : 10.1126/science.1107953 . — PMID 15746421 .
  5. ↑ Mursula, K.; Hiltula, T.,.  Bråkig ballerina : söderut skiftat heliosfäriskt strömark  // Geophysical Research Letters : journal. - 2003. - Vol. 30 , nej. 22 . — S. 2135 . - doi : 10.1029/2003GL018201 .
  6. ↑ Nemiroff, R.; Bonnell, J. Solens heliosfär och heliopaus . Astronomi Dagens bild (24 juni 2002). Hämtad 25 maj 2007. Arkiverad från originalet 22 augusti 2011.
  7. ↑ MIT-instrumentet hittar överraskningar vid solsystemets kant . Hämtad 7 maj 2009. Arkiverad från originalet 22 mars 2014.
  8. ↑ Än, Ker . Voyager II upptäcker solsystemets kant , CNN (24 maj 2006). Arkiverad från originalet den 4 oktober 2017. Hämtad 25 maj 2007.
  9. ↑ Resenärer hittar magnetiska bubblor i utkanten av solsystemet . Lenta.ru (10 juni 2011). Hämtad 12 juni 2011. Arkiverad från originalet 13 juni 2011.
  10. ↑ Brandt, Pontus (27 februari–2 mars 2007). "Avbildning av den heliosfäriska gränsen" (PDF) . NASA Advisory Council Workshop om vetenskap associerad med Lunar Exploration Architecture: Vitböcker . Tempe, Arizona: Lunar and Planetary Institute . Hämtad 2007-05-25 . Kontrollera datumet på |date=( hjälp på engelska ) Arkiverad 18 januari 2019 på Wayback Machine
  11. ↑ Wood, B.E.; Alexander, W.R.; Linsky, JL Egenskaperna hos det lokala interstellära mediet och samspelet mellan stjärnvindarna i \epsilon Indi och \lambda Andromedae med den interstellära miljön (länk ej tillgänglig) . American Astronomical Society (13 juli 2006). Hämtad 25 maj 2007. Arkiverad från originalet 14 juni 2000. 
  12. ↑ 1 2 "Voyager 1" nådde solsystemets sista gräns . Vetenskap och teknik . Lenta.ru (6 december 2011). Datum för åtkomst: 31 oktober 2013. Arkiverad från originalet den 2 november 2013.
  13. ↑ Voyager-sonden nådde kanten av det interstellära rymden . Vetenskap . RIA Novosti (15 juni 2012). Tillträdesdatum: 31 oktober 2013. Arkiverad från originalet den 1 november 2013.
  14. ↑ Nancy Atkinson. Voyager 1 kan ha lämnat solsystemet  . Universum idag (8 oktober 2012). Hämtad 29 oktober 2013. Arkiverad från originalet 2 november 2013.
  15. ↑ Ron Cowen. Voyager 1 har nått det interstellära rymden  . Nyheter & Kommentar . Nature (12 september 2013). Datum för åtkomst: 31 oktober 2013. Arkiverad från originalet den 2 november 2013.
  16. ↑ Nemiroff, R.; Bonnell, J. Solens heliosfär och heliopaus . Astronomi Dagens bild (24 juni 2002). Hämtad 25 maj 2007. Arkiverad från originalet 22 augusti 2011.
  17. ↑ Cosmos-Journal: Det finns ingen chockvåg . Hämtad 11 maj 2012. Arkiverad från originalet 14 juni 2012.
  18. ↑ Leonid Popov. Ett kolossalt band öppnade sig runt familjen Sun. membrana.ru (16 oktober 2009). Hämtad 11 augusti 2013. Arkiverad från originalet 24 mars 2013.

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Sol
Strukturera Fotografi av solen i den ultravioletta regionen av spektrumet, avbildad i "falska färger". Erhållen av Solar Dynamics Observatory.
Atmosfär
Utökad
struktur

Fenomen relaterade till solen
Relaterade ämnen
Spektralklass : G2