Давление солнечного ветра. Что такое солнечный ветер и как он возникает? Крах представления о статической солнечной короне

Рисунок 1. Гелисфера

Рисунок 2. Солнечная вспышка.

Солнечный ветер - непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся приблизительно радиально от Солнца и заполняющий собой Солнечную систему до гелиоцентрический расстояний порядка 100 а.е. С.в.образуется при газодинамическом расширении солнечной короны в межпланетное пространство.

Средние характеристики Солнечного ветра на орбите Земли: скорость 400 км/с, плотность протонов - 6 на 1, температура протонов 50 000 К, температура электронов 150000 К, напряжённость магнитного поля 5·эрстед. Потоки Солнечного ветра можно разделить на два класса: медленные - со скоростью около 300 км/с и быстрые - со скоростью 600-700 км/с. Солнечный ветер возникающий над областями Солнца с различной ориентацией магнитного поля, образует потоки с различно ориентированным межпланетным магнитным полем - так называемую секторную структуру межпланетного магнитного поля.

Межпланетная секторная структура - это разделение наблюдаемой крупномасштабной структуры Солнечного ветра на чётное число секторов с различным направлением радиального компонента межпланетного магнитного поля.

Характеристики Солнечного ветра (скорость, температура, концентрация частиц и др.) также в среднем закономерно изменяются в сечении каждого сектора, что связано с существованием внутри сектора быстрого потока Солнечного ветра. Границы секторов обычно располагаются внутри медленного потока Солнечного ветра Чаще всего наблюдаются два или четыре сектора, вращающихся вместе с Солнцем. Эта структура, образующаяся при вытягивании Солнечного ветра крупномасштабного магнитного поля короны, может наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца. Секторная структура является следствием существования токового слоя в межпланетной среде, который вращается вместе с Солнцем. Токовый слой создаёт скачок магнитного поля: выше слоя радиальный компонент межпланетного магнитного поля имеет один знак, ниже - другой. Токовый слой располагается приблизительно в плоскости солнечного экватора и имеет складчатую структуру. Вращение Солнца приводит к закручиванию складок токового слоя в спирали (так называемый "эффект балерины"). Находясь вблизи плоскости эклиптики наблюдатель оказывается то выше, то ниже токового слоя, благодаря чему попадает в секторы с различными знаками радиального компонента межпланетного магнитного поля.

При обтекании Солнечным ветром препятствия, способных эффективно отклонять Солнечный ветер (магнитные поля Меркурия, Земли, Юпитера, Сатурна или проводящие ионосферы Венеры и, по-видимому, Марса), образуется головная отошедшая ударная волна. Солнечный ветер тормозится и разогревается на фронте ударной волны, что позволяет ему обтекать препятствие. При этом в Солнечном ветре формируется полость - магнитосфера, форма и размер которой определяются балансом давления магнитного поля планеты и давления обтекающего потока плазмы. Толщина фронта ударной волны - порядка 100 км. В случае взаимодействия Солнечного ветра с непроводящим телом (Луна) ударная волна не возникает: поток плазмы поглощается поверхностью, а за телом образуется постепенно заполняемая плазмой Солнечного ветра полость.

На стационарный процесс истечения плазмы короны накладываются нестационарные процессы, связанные со вспышками на Солнце. При сильных солнечных вспышках происходит выброс вещества из нижних областей короны в межпланетную среду. При этом также образуется ударная волна, которая постепенно замедляется при движении через плазму Солнечного ветра.

Приход ударной волны к Земли приводит к сжатию магнитосферы, после которого обычно начинается развитие магнитной бури.

Солнечный ветер простирается до расстояния около 100 а.е., где давление межзвёздной среды уравновешивает динамическое давление Солнечного ветра. Полость, заметаемая Солнечным ветром в межзвёздной среде, образует гелиосферу. Солнечный ветер вместе с вмороженным в него магнитным полем препятствует проникновению в Солнечную систему галактических космических лучей малых энергий и приводит к вариациям космических лучей больших энергий.

Явление, аналогичное Солнечному ветру, обнаружено и у некоторых типов других звёзд (звёздный ветер).

Поток энергии Солнца, питаемый термоядерной реакцией в его центре, к счастью, исключительно стабилен, не в пример большинству других звезд. Большая его часть в конце концов испускается тонким поверхностным слоем Солнца - фотосферой - в виде электромагнитных волн видимого и инфракрасного диапазона. Солнечная постоянная (величина потока солнечной энергии на орбите Земли) равна 1370 Вт/. Можно представить, что на каждый квадратный метр поверхности Земли приходится мощность одного электрического чайника. Над фотосферой расположена корона Солнца - зона, видимая с Земли только во время солнечных затмений и заполненная разреженной и горячей плазмой с температурой в миллионы градусов.

Это самая нестабильная оболочка Солнца, в которой зарождаются основные проявления солнечной активности, влияющие на Землю. Косматый вид короны Солнца демонстрирует структуру его магнитного поля - светящиеся сгустки плазмы вытянуты вдоль силовых линий. Горячая плазма, истекающая из короны, формирует солнечный ветер - поток ионов (состоящий на 96% из ядер водорода - протонов и на 4% из ядер гелия - альфа- частиц) и электронов, разгоняющийся в межпланетное пространство со скоростью 400-800 км/с.

Солнечный ветер растягивает и уносит с собой солнечное магнитное поле.

Это происходит потому, что энергия направленного движения плазмы во внешней короне больше, чем энергия магнитного поля, и принцип вмороженности увлекает поле за плазмой. Комбинация такого радиального истечения с вращением Солнца (а магнитное поле "прикреплено" и к его поверхности) приводит к образованию спиральной структуры межпланетного магнитного поля - так называемой спирали Паркера.

Солнечный ветер и магнитное поле заполняют всю Солнечную систему, и, таким образом, Земля и все другие планеты фактически находятся в короне Солнца, испытывая воздействие не только электромагнитного излучения, но еще и солнечного ветра и солнечного магнитного поля.

В период минимума активности конфигурация солнечного магнитного поля близка к дипольной и похожа на форму магнитного поля Земли. При приближении к максимуму активности структура магнитного поля по не вполне понятным причинам усложняется. Одна из наиболее красивых гипотез гласит, что при вращении Солнца магнитное поле как бы навивается на него, постепенно погружаясь под фотосферу. Со временем, в течение как раз солнечного цикла, магнитный поток, накопленный под поверхностью, становится таким большим, что жгуты силовых линий начинают выталкиваться наружу.

Места выхода силовых линий образуют пятна на фотосфере и магнитные петли в короне, видимые как области повышенного свечения плазмы на рентгеновских изображениях Солнца. Величина поля внутри солнечных пятен достигает 0,01 тесла, в сто раз больше, чем поле спокойного Солнца.

Интуитивно энергию магнитного поля можно связать с длиной и количеством силовых линий: их тем больше, чем выше энергия. При подходе к солнечному максимуму накопленная в поле огромная энергия начинает периодически взрывным образом высвобождаться, расходуясь на ускорение и разогрев частиц солнечной короны.

Резкие интенсивные всплески коротковолнового электромагнитного излучения Солнца, сопровождающие этот процесс, носят название солнечных вспышек. На поверхности Земли вспышки регистрируются в видимом диапазоне как небольшие увеличения яркости отдельных участков солнечной поверхности.

Однако уже первые измерения, выполненные на борту космических аппаратов, показали, что наиболее заметным эффектом вспышек оказывается значительное (до сотен раз) увеличение потока солнечного рентгеновского излучения и энергичных заряженных частиц - солнечных космических лучей.

Во время некоторых вспышек происходят также выбросы значительного количества плазмы и магнитного поля в солнечный ветер - так называемых магнитных облаков, которые начинают быстро расширяться в межпланетное пространство, сохраняя форму магнитной петли с концами, опирающимися на Солнце.

Плотность плазмы и величина магнитного поля внутри облака в десятки раз превосходят типичные для спокойного времени значения этих параметров в солнечном ветре.

Несмотря на то, что во время крупной вспышки может выделиться до 1025 джоулей энергии, общее увеличение потока энергии в солнечный максимум невелико и составляет всего 0,1-0,2%.

Представьте, что вы услышали слова диктора в прогнозе погоды: «Завтра ветер резко усилится. В связи с этим возможны перебои в работе радио, мобильной связи и интернета. В США отложена отправка космической миссии. На севере России ожидаются интенсивные полярные сияния…».


Вы удивитесь: какая ерунда, при чём тут ветер? А дело в том, что вы пропустили начало прогноза: «Вчера ночью произошла вспышка на Солнце. Мощный поток солнечного ветра движется к Земле…».

Обычный ветер – это движение частиц воздуха (молекул кислорода, азота и других газов). От Солнца тоже несётся поток частиц. Его и называют солнечным ветром. Если не вникать в сотни громоздких формул, вычислений и жарких научных споров, то, в общем, картина представляется такой.

Внутри нашего светила идут термоядерные реакции, раскаляющие этот огромный шар газов. Температура внешнего слоя – солнечной короны достигает миллиона градусов. Это заставляет атомы двигаться с такой скоростью, что, сталкиваясь, они разбивают друг друга вдребезги. Известно, что разогретый газ стремится расшириться, занять больший объём. Нечто подобное происходит и здесь. Частицы водорода, гелия, кремния, серы, железа и других веществ разлетаются во все стороны.

Они набирают всё бóльшую скорость и примерно за шесть суток долетают до околоземных рубежей. Даже если светило спокойно, скорость солнечного ветра доходит здесь до 450 километров в секунду. Ну, а когда вспышка Солнца извергает огромный огненный пузырь частиц, их скорость может достигать 1200 километров в секунду! Да и освежающим «ветерок» не назовёшь – около 200 тысяч градусов.

Чувствует ли человек солнечный ветер?

Действительно, раз поток горячих частиц несётся постоянно, почему мы не ощущаем, как он «обдувает» нас? Допустим, частицы так малы, что кожа не чувствует их касаний. Но их не замечают и земные приборы. Почему?

Потому, что от солнечных вихрей Землю защищает её магнитное поле. Поток частиц как бы обтекает его и несётся дальше. Только в дни, когда выбросы на солнце особенно мощные, нашему магнитному щиту приходится туго. Солнечный ураган пробивает его и врывается в верхние слои атмосферы. Частицы-пришельцы вызывают . Магнитное поле резко деформируется, синоптики говорят про «магнитные бури».


Из-за них выходят из-под контроля космические спутники. Исчезают с радарных экранов самолёты. Создаются помехи радиоволнам, и нарушается связь. В такие дни отключают спутниковые антенны, отменяют авиарейсы, прерывают «общение» с космическими аппаратами. В электросетях, железнодорожных рельсах, трубопроводах внезапно рождается электрический ток. От этого сигналы светофоров сами собой переключаются, ржавеют газопроводы, сгорают отключённые электроприборы. Плюс к тому, тысячи людей чувствуют дискомфорт и недомогания.

Космические эффекты солнечного ветра можно обнаружить не только во время вспышек на Солнце: он-то, пускай послабее, но веет постоянно.

Давно замечено, что хвост кометы вырастает по мере приближения её к Солнцу. Оно заставляет испаряться замерзшие газы, образующие кометное ядро. А солнечный ветер сносит эти газы в виде шлейфа, всегда направленного в противоположную от Солнца сторону. Так земной ветер разворачивает дым из трубы и придаёт ему ту или иную форму.

В годы повышенной активности резко падает облучение Земли галактическими космическими лучами. Солнечный ветер набирает такую силу, что просто выметает их на окраины планетной системы.

Есть планеты, у которых магнитное поле очень слабое, а то и вовсе отсутствует (например, на Марсе). Тут уж солнечному ветру ничто не мешает разгуляться. Учёные полагают, что это он за сотни миллионов лет почти «выдул» с Марса его атмосферу. Из-за этого оранжевая планета лишилась потом и воды и, возможно, живых организмов.

Где стихает солнечный ветер?

Точного ответа не знает пока никто. До окрестностей Земли частицы летят, набирая скорость. Потом она постепенно падает, но, похоже, ветер достигает самых дальних уголков Солнечной системы. Где-то там он ослабевает и тормозится разрежённым межзвездным веществом.

Пока что астрономы не могут точно сказать, насколько далеко это происходит. Для ответа нужно ловить частицы, улетая всё дальше от Солнца, пока они не перестанут попадаться. Кстати, тот предел, где это произойдёт, как раз и можно считать границей Солнечной системы.


Ловушками для солнечного ветра оборудованы космические аппараты, которые периодически запускают с нашей планеты. В 2016 году потоки солнечного ветра удалось заснять на видео. Кто знает, не станет ли он таким же привычным «персонажем» сводок погоды, как наш давний знакомый – ветер земной?

Солнечный ветер

Такое признание дорогого стоит, ибо возрождает к жизни полузабытую солнечно-плазмоидную гипотезу возникновения и развития жизни на Земле, выдвинутую ульяновским ученым Б. А. Соломиным почти 30 лет назад.

Солнечно-плазмоидная гипотеза утверждает, что высокоорганизованные солнечные и земные плазмоиды сыграли и до сих пор играют ключевую роль в зарождении и развитии жизни и разума на Земле. Эта гипотеза настолько интересна, особенно в свете получения экспериментальных материалов новосибирскими учеными, что с ней стоит познакомиться подробнее.

Прежде всего что такое плазмоид? Плазмоид – это плазменная система, структурированная собственным магнитным полем. В свою очередь, плазма – это горячий ионизированный газ. Простейшим примером плазмы является огонь. Плазма обладает способностью динамически взаимодействовать с магнитным полем, удерживать поле в себе. А поле, в свою очередь, упорядочивает хаотическое движение заряженных частичек плазмы. При определенных условиях образуется устойчивая, но динамичная система, состоящая из плазмы и магнитного поля.

Источником плазмоидов в Солнечной системе является Солнце. Вокруг Солнца, как и вокруг Земли, существует своя атмосфера. Внешняя часть солнечной атмосферы, состоящая из горячей ионизированной водородной плазмы, называется солнечной короной. И если на поверхности Солнца температура составляет примерно 10 000 К, то за счет потока энергии, идущего из его недр, температура короны достигает уже 1,5–2 млн К. Поскольку плотность короны мала, такой нагрев не уравновешивается потерей энергии за счет излучения.

В 1957 году профессор Чикагского университета Е. Паркер опубликовал свое предположение о том, что солнечная корона не находится в гидростатическом равновесии, а непрерывно расширяется. В этом случае значительная часть излучения Солнца представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы, так называемый солнечный ветер , который и уносит избыточную энергию. То есть солнечный ветер является продолжением солнечной короны.

Понадобилось два года, чтобы это предсказание было подтверждено экспериментально при помощи приборов, установленных на советских космических аппаратах «Луна-2» и «Луна-3». Позднее выяснилось, что солнечный ветер уносит с поверхности нашего светила помимо энергии и информации еще примерно миллион тонн вещества в секунду. Оно содержит главным образом протоны, электроны, немного ядер гелия, ионов кислорода, кремния, серы, никеля, хрома и железа.

В 2001 году американцы вывели на орбиту космический аппарат «Джинизис», созданный для изучения солнечного ветра. Пролетев более полутора миллиона километров, аппарат приблизился к так называемой точке Лагранжа, где гравитационное воздействие Земли уравновешивается гравитационными силами Солнца, и развернул там свои ловушки частиц солнечного ветра. В 2004 году капсула с собранными частицами рухнула на землю вопреки запланированной мягкой посадке. Частицы удалось «отмыть» и сфотографировать.

К настоящему времени наблюдения, выполненные со спутников Земли и других космических аппаратов, показывают, что межпланетное пространство заполнено активной средой – потоком солнечного ветра, который зарождается в верхних слоях солнечной атмосферы.

Когда на Солнце происходят вспышки, от него через солнечные пятна (корональные дыры) – области в атмосфере Солнца с открытым в межпланетное пространство магнитным полем во все стороны разлетаются потоки плазмы и магнитно-плазменные образования – плазмоиды. Этот поток движется от Солнца со значительным ускорением, и если у основания короны радиальная скорость частиц составляет несколько сотен м/с, то вблизи Земли она достигает 400–500 км/с.

Достигая Земли, солнечный ветер вызывает изменения в ее ионосфере, магнитные бури, что существенным образом сказывается на биологических, геологических, психических и даже исторических процессах. Об этом еще в начале XX века писал великий русский ученый А. Л. Чижевский, который с 1918 года в Калуге в течение трех лет проводил эксперименты в области аэроионизации и пришел к выводу: отрицательно заряженные ионы плазмы благотворно влияют на живые организмы, а положительно заряженные действуют противоположно. В те далекие времена до открытия и начала изучения солнечного ветра и магнитосферы Земли оставалось 40 лет!

Плазмоиды присутствуют в биосфере Земли, в том числе и в плотных слоях атмосферы и вблизи ее поверхности. В своей книге «Биосфера» В. И. Вернадский впервые описал механизм поверхностной оболочки, тонко согласованный во всех своих проявлениях. Без биосферы не было бы земного шара, ибо, по мнению Вернадского, Земля «лепится» Космосом при помощи биосферы. «Лепится» благодаря использованию информации, энергии и вещества. «По существу, биосфера может быть рассматриваема как область земной коры, занятая трансформаторами (курсив наш. – Авт .), переводящими космические излучения в действенную земную энергию – электрическую, химическую, тепловую, механическую и т. д.» (9). Именно биосфера, или «геологообразующая сила планеты», как назвал ее Вернадский, начала изменять структуру круговорота вещества в природе и «создавать новые формы и организации косной и живой материи». Вполне вероятно, что, говоря о трансформаторах, Вернадский говорил о плазмоидах, о которых в то время вообще ничего не знали.

Солнечно-плазмоидная гипотеза позволяет объяснить роль плазмоидов в зарождении жизни и разума на Земле. На ранних этапах эволюции плазмоиды могли стать своего рода активными «центрами кристаллизации» для более плотных и холодных молекулярных структур ранней Земли. «Одеваясь» в относительно холодные и плотные молекулярные одежды, становясь своеобразными внутренними «энергетическими коконами» возникающих биохимических систем, они одновременно являлись управляющими центрами сложной системы, направляя эволюционные процессы в сторону образования живых организмов (10). К подобному выводу пришли также ученые МНИИКА, которые сумели в экспериментальных условиях добиться материализации неравномерных эфирных потоков.

Аура, которую чувствительные физические приборы фиксируют вокруг биологических объектов, представляет собой, по-видимому, внешнюю часть плазмоидного «энергетического кокона» живого существа. Можно предположить, что энергетические каналы и биологически активные точки восточной медицины – это внутренние структуры «энергетического кокона».

Источником плазмоидной жизни для Земли является Солнце, и потоки солнечного ветра несут нам это жизненное начало.

А что является источником плазмоидной жизни для Солнца? Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо предположить, что жизнь на любом уровне не возникает «сама по себе», а привносится из более глобальной, высокоорганизованной, разреженной и энергетичной системы. Как для Земли Солнце является «материнской системой», так и для светила должна существовать подобная «материнская система» (11).

По мнению ульяновского ученого Б. А. Соломина, «материнской системой» для Солнца могли служить межзвездная плазма, горячие водородные облака, туманности, содержащие магнитные поля, а также релятивистские (то есть двигающиеся со скоростью, близкой к скорости света) электроны. Большое количество разреженной и очень горячей (миллионы градусов) плазмы и релятивистских электронов, структурированных магнитными полями, заполняют галактическую корону – сферу, в которую заключен плоский звездный диск нашей Галактики. Глобальные галактические плазмоидные и релятивистско-электронные облака, уровень организации которых несоизмерим с солнечным, порождают плазмоидную жизнь на Солнце и других звездах. Таким образом, носителем плазмоидной жизни для Солнца служит галактические ветер.

А что является «материнской системой» для галактик? В образовании глобальной структуры Вселенной большую роль ученые уделяют сверхлегким элементарным частицам – нейтрино, буквально пронизывающим пространство во всех направлениях со скоростями, близкими к скорости света. Именно нейтринные неоднородности, сгустки, облака могли послужить теми «каркасами», или «центрами кристаллизации», вокруг которых в ранней Вселенной образовались галактики и их скопления. Нейтринные облака – это еще более тонкий и энергетичный уровень материи, чем описанные выше звездные и галактические «материнские системы» космической жизни. Они вполне могли быть конструкторами эволюции для последних.

Поднимемся, наконец, на самый высокий уровень рассмотрения – на уровень нашей Вселенной в целом, возникшей около 20 миллиардов лет назад. Изучая ее глобальную структуру, ученые установили, что галактики и их скопления располагаются в пространстве не хаотично и не равномерно, а вполне определенным образом. Они концентрируются вдоль стенок огромных пространственных «сот», внутри которых содержатся, как считалось до недавнего прошлого, гигантские «пустоты» – войды. Однако сегодня уже известно, что «пустот» во Вселенной не существует. Можно предположить, что все заполняет «специальная субстанция», носителем которой являются первичные торсионные поля. Эта «специальная субстанция», представляющая основу всех жизненных функций, вполне может являться для нашей Вселенной тем Мировым Архитектором, Космическим сознанием, Высшим разумом, который придает смысл ее существованию и направление эволюции.

Если это так, то уже в момент своего рождения наша Вселенная была живой и разумной. Жизнь и разум не возникают самостоятельно в каких-либо холодных молекулярных океанах на планетах, они изначально присущи космосу. Космос насыщен различными формами жизни, порой разительно отличающимися от привычных нам белково-нуклеиновых систем и несопоставимыми с ними по своей сложности и степени разумности, пространственно-временным масштабам, по энергии и массе.

Именно разреженная и горячая материя направляет эволюцию материи более плотной и холодной. Таков, по-видимому, фундаментальный закон природы. Космическая жизнь иерархически нисходит от таинственной материи войдов к нейтринным облакам, межгалактической среде, а от них – к ядрам галактик и галактическим коронам в виде релятивистско-электронных и плазменно-магнитных структур, затем – в межзвездное пространство, к звездам и, наконец, к планетам. Космическая разумная жизнь творит по своему образу и подобию все локальные формы жизни и управляет их эволюцией (10).

Наряду с общеизвестными условиями (температура, давление, химический состав и др.) для возникновения жизни требуется наличие у планеты выраженного магнитного поля, не только защищающего живые молекулы от смертоносной радиации, но и создающего вокруг нее концентрацию солнечно-галактической плазмоидной жизни в виде радиационных поясов. Из всех планет Солнечной системы (кроме Земли) только у Юпитера имеются сильное магнитное поле и большие радиационные пояса. Поэтому есть некоторая определенность наличия на Юпитере молекулярной разумной жизни, хотя, возможно, и небелковой природы.

С высокой степенью вероятности можно предположить, что все процессы на молодой Земле протекали не хаотично и не самостоятельно, а направлялись высокоорганизованными плазмоидными конструкторами эволюции. В существующей сегодня гипотезе возникновения жизни на Земле также признается необходимость наличия неких плазменных факторов, а именно мощных грозовых разрядов в атмосфере ранней Земли.

Не только рождение, но и дальнейшая эволюция белково-нуклеиновых систем протекала в тесном взаимодействии с плазмоидной жизнью при направляющей роли последней. Взаимодействие это становилось с течением времени все более тонким, поднималось на уровень психики, души, а затем и духа усложняющихся живых организмов. Дух и душа живых и разумных существ – это очень тонкая плазменная материя солнечного и земного происхождения.

Установлено, что плазмоиды, обитающие в радиационных поясах Земли (преимущественно солнечного и галактического происхождения), могут спускаться вдоль линий земного магнитного поля в низшие слои атмосферы, особенно в тех точках, где эти линии наиболее интенсивно пересекают поверхность Земли, а именно в районах магнитных полюсов (северного и южного).

Вообще, плазмоиды чрезвычайно широко распространены на Земле. Они могут обладать высокой степенью организации, проявлять некоторые признаки жизни и разумности. Советские и американские экспедиции в район южного магнитного полюса в середине XX века сталкивались с необычными светящимися объектами, плавающими в воздухе и ведущими себя очень агрессивно по отношению к членам экспедиции. Они были названы плазмозаврами Антарктиды.

С начала 1990-х годов регистрация плазмоидов не только на Земле, но и в ближайшем космосе возросла в разы. Это шары, полосы, круги, цилиндры, мало оформившиеся светящиеся пятна, шаровые молнии и т. д. Ученые сумели разделить все объекты на две большие группы. Это прежде всего объекты, которые имеют отчетливые признаки известных физических процессов, но в них эти признаки представлены в совершенно необычном сочетании. Другая группа объектов, наоборот, не имеет аналогий с известными физическими явлениями, и поэтому их свойства вообще необъяснимы на основе существующей физики.

Стоит отметить существование плазмоидов земного происхождения, рождающихся в зонах разломов, где идут активные геологические процессы. Интересен в этом отношении Новосибирск, стоящий на активных разломах и имеющий в связи с эти особую электромагнитную структуру над городом. Все свечения и вспышки, регистрируемые над городом, тяготеют к этим разломам и объясняются вертикальным энергетическим неравновесием и активностью пространства.

Наибольшее количество светящихся объектов наблюдается в центральном районе города, расположенном на участке, где совпадают сгущения технических энергоисточников и разломов гранитного массива.

Например, в марте 1993 года у общежития Новосибирского государственного педагогического университета наблюдался дискообразный объект порядка 18 метров в диаметре и 4,5 метра толщиной. Гурьба школьников гонялась за этим объектом, медленно дрейфовавшим над землей на протяжении 2,5 километра. Школьники пытались кидать в него камни, но те отклонялись, не долетая до объекта. Тогда дети стали подбегать под объект и развлекаться тем, что с них сбрасывались шапки, поскольку волосы становились дыбом от электрического напряжения. Наконец этот объект вылетел на линию высоковольтной передачи, никуда не отклоняясь, пролетел вдоль нее, набрал скорость, светимость, превратился в яркий шар и ушел вверх (12).

Следует особо отметить появление светящихся объектов в экспериментах, проводимых новосибирскими учеными в зеркалах Козырева. Благодаря созданию лево-правовращающихся торсионных потоков за счет вращающихся световых течений в обмотках лазерной нити и конусах ученые сумели в зеркале Козырева смоделировать информационное пространство планеты с появившимися в нем плазмоидами. Удалось исследовать влияние появившихся светящихся объектов на клетки, а затем и на самого человека, в результате чего укрепилась уверенность в правоте солнечно-плазмоидной гипотезы. Появилось убеждение, что не только рождение, но и дальнейшая эволюция белково-нуклеиновых систем протекала и протекает в тесном взаимодействии с плазмоидной жизнью при направляющей роли высокоорганизованных плазмоидов.

В 1957 профессор Чикагского университета Е.Паркер теоретически предсказал явление, которое и получило наименование «солнечный ветер». Понадобилось два года, чтобы это предсказание было подтверждено экспериментально при помощи приборов, установленных на советских космических аппаратах «Луна-2» и «Луна-3» группой К.И.Грингауза. Что же представляет собой это явление?

Солнечный ветер – это поток полностью ионизованного водородного газа, называемого обычно полностью ионизованной водородной плазмой в силу примерно одинаковой плотности электронов и протонов (условие квазинейтральности), который с ускорением движется от Солнца. В районе орбиты Земли (на одной астрономической единице или, на 1 АЕ от Солнца) его скорость достигает среднего значения V E » 400–500 км/сек при температуре протонов T E » 100 000К и несколько большей температуре электронов (индекс «Е» здесь и в дальнейшем относится к орбите Земли). При таких температурах скорость на 1 АЕ существенно превосходит скорость звука, т.е. поток солнечного ветра в районе орбиты Земли является сверхзвуковым (или гиперзвуковым). Измеренная концентрация протонов (или электронов) достаточно мала и составляет величину n E » 10–20 частиц в кубическом сантиметре. Кроме протонов и электронов, в межпланетном космическом пространстве были обнаружены альфа-частицы (порядка нескольких процентов от концентрации протонов), небольшое количество более тяжелых частиц, а также межпланетное магнитное поле, средняя величина индукции которого оказалась на орбите Земли порядка нескольких гамм (1g = 10 –5 гаусс).

Крах представления о статической солнечной короне.

В течение достаточно длительного времени считалось, что все атмосферы звезд находятся в состоянии гидростатического равновесия, т.е. в состоянии, когда сила гравитационного притяжения данной звезды уравновешивается силой, связанной с градиентом давления (изменением давления в атмосфере звезды на расстоянии r от центра звезды. Математически это равновесие выражается в виде обыкновенного дифференциального уравнения,

где G – гравитационная постоянная, M * – масса звезды, p и r – давление и массовая плотность на некотором расстоянии r от звезды. Выражая массовую плотность из уравнения состояния для идеального газа

р = rRT

через давление и температуру и интегрируя полученное уравнение, получаем так называемую барометрическую формулу (R – газовая постоянная), которая в частном случае постоянной температуры Т имеет вид

где p 0 – представляет собой давление у основания атмосферы звезды (при r = r 0). Поскольку до работы Паркера считалось, что солнечная атмосфера, так же как и атмосферы других звезд, находится в состоянии гидростатического равновесия, то ее состояние определялось аналогичными формулами. Учитывая необычное и не до конца еще понятое явление резкого возрастания температуры примерно от 10 000 К на поверхности Солнца до 1 000 000 К в солнечной короне, С.Чепмен развил теорию статической солнечной короны, которая должна была плавно переходить в локальную межзвездную среду, окружающую Солнечную систему. Отсюда следовало, что, согласно представлениям С.Чепмена, Земля, совершающая свои обороты вокруг Солнца, погружена в статическую солнечную корону. Эта точка зрения в течение длительного времени разделялась астрофизиками.

Удар по этим уже установившимся представлениям был нанесен Паркером. Он обратил внимание на то, что давление на бесконечности (при r ® Ґ), которое получается из барометрической формулы, по величине почти в 10 раз превосходит давление, которое было принято в то время для локальной межзвездной среды. Чтобы устранить это расхождение Е.Паркер предположил, что солнечная корона не может находиться в гидростатическом равновесии, а должна непрерывно расширяться в окружающую Солнце межпланетную среду, т.е. радиальная скорость V солнечной короны не равна нулю. При этом вместо уравнения гидростатического равновесия он предложил использовать гидродинамическое уравнение движения вида, где М Е – масса Солнца.

При заданном распределении температуры Т , как функции расстояния от Солнца, решение этого уравнения с использованием барометрической формулы для давления и уравнение сохранения массы в виде

можно трактовать как солнечный ветер и именно при помощи этого решения с переходом от дозвукового течения (при r r *) к сверхзвуковому (при r > r *) можно согласовать давление р с давлением в локальной межзвездной среде, а, следовательно, именно это решение, названное солнечным ветром, осуществляется в природе.

Первые прямые измерения параметров межпланетной плазмы, которые проводились на первых космических аппаратах, выходивших в межпланетное космическое пространство, подтвердили правильность идеи Паркера о наличии сверхзвукового солнечного ветра, причем оказалось, что уже в районе орбиты Земли скорость солнечного ветра намного превосходит скорость звука. С тех пор нет сомнения, что представление Чепмена о гидростатическом равновесии солнечной атмосферы ошибочно, а солнечная корона непрерывно расширяется со сверхзвуковой скоростью в межпланетное космическое пространство. Несколько позже астрономические наблюдения показали, что и многие другие звезды обладают «звездными ветрами», аналогичными солнечному ветру.

Несмотря на то, что солнечный ветер предсказан теоретически на основе сферически-симметричной гидродинамической модели, само явление оказалось значительно сложнее.

Какова реальная картина движения солнечного ветра? В течение длительного времени солнечный ветер считался сферически-симметричным, т.е. независимым от солнечных широты и долготы. Поскольку космические аппараты до 1990, когда был запущен космический аппарат «Улисс» (Ulysses), в основном, летали в плоскости эклиптики, то измерения на таких космических аппаратах давали распределения параметров солнечного ветра только в этой плоскости. Расчеты, проводимые по наблюдениям отклонения хвостов комет, указывали на приблизительную независимость параметров солнечного ветра от солнечной широты, однако, этот вывод на основании кометных наблюдений не был достаточно надежен из-за сложностей интерпретации этих наблюдений. Хотя долготная зависимость параметров солнечного ветра измерялась приборами, установленными на космических аппаратах, тем не менее, она была либо незначительной и связывалась с межпланетным магнитным полем солнечного происхождения, либо с кратковременными нестационарными процессами на Солнце (главным образом, с солнечными вспышками).

Измерения параметров плазмы и магнитного поля в плоскости эклиптики показали, что в межпланетном пространстве могут существовать так называемые секторные структуры с различными параметрами солнечного ветра и различным направлением магнитного поля. Такие структуры вращаются вместе с Солнцем и явно указывают на то, что они являются следствием аналогичной структуры в солнечной атмосфере, параметры которой зависят, таким образом, от солнечной долготы. Качественно четырехсекторная структура показана на рис. 1.

При этом наземные телескопы обнаруживают общее магнитное поле на поверхности Солнца. Его средняя величина оценивается в 1 Гс, хотя в отдельных фотосферных образованиях, например, в солнечных пятнах магнитное поле может быть на порядки величины больше. Поскольку плазма является хорошим проводником электричества, то солнечные магнитные поля так или иначе взаимодействуют с солнечным ветром вследствие появления пондеромоторной силы j ґ B . Эта сила мала в радиальном направлении, т.е. она практически не влияет на распределение радиальной компоненты солнечного ветра, однако ее проекция на перпендикулярное к радиальному направление приводит к появлению у солнечного ветра тангенциальной компоненты скорости. Хотя эта компонента почти на два порядка меньше радиальной, она играет существенную роль в выносе из Солнца момента количества движения. Астрофизики предполагают, что последнее обстоятельство может играть существенную роль в эволюции не только Солнца, но и у других звезд, у которых обнаружен звездный ветер. В частности, для объяснения резкого уменьшения угловой скорости звезд позднего спектрального класса часто привлекается гипотеза о передаче ими вращательного момента образующимся вокруг них планетам. Рассмотренный механизм потери углового момента Солнца путем истечения из него плазмы в присутствии магнитного поля открывает возможность пересмотра этой гипотезы.

Измерения среднего магнитного поля не только в районе орбиты Земли, но и на больших гелиоцентрических расстояниях (например, на космических аппаратах «Вояджер 1 и 2» и «Пионер 10 и 11») показали, что в плоскости эклиптики, почти совпадающей с плоскостью солнечного экватора, его величина и направление хорошо описывается формулами

полученными Паркером. В этих формулах, описывающих так называемую паркеровскую спираль Архимеда, величины B r , B j – радиальная и азимутальная компоненты вектора магнитной индукции соответственно, W – угловая скорость вращения Солнца, V – радиальная компонента солнечного ветра, индекс «0» относится к точке солнечной короны, в которой величина магнитного поля известна.

Запуск Европейским космическим агентством в октябре 1990 космического аппарата «Улисс», траектория которого была рассчитана таким образом, что в настоящее время он вращается вокруг Солнца в плоскости, перпендикулярной плоскости эклиптики, полностью изменил представления о том, что солнечный ветер сферически симметричен. На рис. 2 представлены измеренные на аппарате «Улисс» распределения радиальной скорости и плотности протонов солнечного ветра как функции солнечной широты.

Из этого рисунка видна сильная широтная зависимость параметров солнечного ветра. Оказалось, что скорость солнечного ветра возрастает, а плотность протонов уменьшается с гелиографической широтой. И если в плоскости эклиптики радиальная скорость в среднем ~ 450 км/cек, а плотность протонов ~15 см –3 , то, например, на 75° солнечной широты эти величины ~700км/сек и ~5 см –3 соответственно. Зависимость параметров солнечного ветра от широты менее выражена в периоды минимума солнечной активности.

Нестационарные процессы в солнечном ветре.

Модель, предложенная Паркером, предполагает сферическую симметрию солнечного ветра и независимость его параметров от времени (стационарность рассматриваемого явления). Однако процессы, происходящие на Солнце, вообще говоря, не являются стационарными, а следовательно, и солнечный ветер не является стационарным. Характерные времена изменения параметров имеют самые различные масштабы. В частности, имеют место изменения параметров солнечного ветра, связанные с 11-летним циклом солнечной активности. На рис. 3 показано измеренное при помощи космических аппаратов IMP-8 и Voyager-2 среднее (за 300 дней) динамическое давление солнечного ветра (r V 2) в районе орбиты Земли (на 1 АЕ) в течение одного 11-летнего солнечного цикла солнечной активности (верхняя часть рисунка). На нижней части рис. 3 изображено изменение числа солнечных пятен за время с 1978 по 1991 (максимальное число соответствует максимуму солнечной активности). Видно, что параметры солнечного ветра существенно меняются за характерное время порядка 11-лет. При этом измерения на космическом аппарате «Улисс» показали, что такие изменения происходят не только в плоскости эклиптики, но и на других гелиографических широтах (на полюсах динамическое давление солнечного ветра несколько выше, чем на экваторе).

Изменения параметров солнечного ветра могут происходить и на гораздо меньших временных масштабах. Так, например, вспышки на Солнце и разные скорости истечения плазмы из разных областей солнечной короны приводят к тому, что в межпланетном пространстве образуются межпланетные ударные волны, которые характеризуются резким скачком скорости, плотности, давления, температуры. Качественно механизм их образования показан на рис. 4. Когда быстрый поток какого-либо газа (например, солнечной плазмы) догоняет более медленный, то в месте их соприкосновения возникает произвольный разрыв параметров газа, на котором не выполняются законы сохранения массы, импульса и энергии. Такой разрыв не может существовать в природе и распадается, в частности, на две ударные волны (на них законы сохранения массы импульса и энергии приводят к так называемым соотношениям Гюгонио) и тангенциальный разрыв (те же законы сохранения приводят к тому, что на нем давление и нормальная компонента скорости должны быть непрерывны). На рис. 4 этот процесс показан в упрощенной форме сферически симметричной вспышки. Здесь надо отметить, что такие структуры, состоящие из впереди идущей ударной волны (forward shock), тангенциального разрыва и второй ударной волны (reverse shock) движутся от Солнца таким образом, что forward shock движется со скоростью, большей скорости солнечного ветра, reverse shock движется от Солнца со скоростью несколько меньшей скорости солнечного ветра, а скорость тангенциального разрыва равна скорости солнечного ветра. Такие структуры регулярно регистрируются приборами, установленными на космических аппаратах.

Об изменении параметров солнечного ветра с расстоянием от солнца.

Изменение скорости солнечного ветра с расстоянием от Солнца определяется двумя силами: силой солнечной гравитации и силой, связанной с изменением давления (градиентом давления). Поскольку сила гравитации убывает как квадрат расстояния от Солнца, то на больших гелиоцентрических расстояниях ее влияние несущественно. Расчеты показывают, что уже на орбите Земли ее влиянием, также как и влиянием градиента давления, можно пренебречь. Следовательно, скорость солнечного ветра можно считать почти постоянной. При этом она существенно превосходит скорость звука (течение гиперзвуковое). Тогда из приведенного выше гидродинамического уравнения для солнечной короны следует, что плотность r убывает как 1/r 2 . Американские космические аппараты «Вояджер 1 и 2», «Пионер 10 и 11», запущенные в середине 1970-ых и сейчас находящиеся на расстояниях от Солнца в несколько десятков астрономических единиц, подтвердили эти представления о параметрах солнечного ветра. Они подтвердили также и предсказанную теоретически паркеровскую спираль Архимеда для межпланетного магнитного поля. Однако температура не следует адиабатическому закону охлаждения при расширении солнечной короны. На очень больших расстояниях от Солнца солнечный ветер имеет даже тенденцию к разогреву. Такой разогрев может быть обусловлен двумя причинами: диссипацией энергии, связанной с плазменной турбулентностью, и влиянием нейтральных атомов водорода, проникающих в солнечный ветер из межзвездной среды, окружающей солнечную систему. Вторая причина приводит и к некоторому торможению солнечного ветра на больших гелиоцентрических расстояниях, обнаруженная на вышеупомянутых космических аппаратах.

Заключение.

Таким образом, солнечный ветер – это физическое явление, которое представляет не только чисто академический интерес, связанный с изучением процессов в плазме, находящейся в естественных условиях космического пространства, но и фактор, который необходимо учитывать при изучении процессов, происходящих в окрестности Земли, поскольку эти процессы в той или иной степени оказывают влияние на нашу жизнь. В частности, высокоскоростные потоки солнечного ветра, обтекая магнитосферу Земли, влияют на ее строение, а нестационарные процессы на Солнце (например, вспышки) могут приводить к магнитным бурям, нарушающим радиосвязь и влияющим на самочувствие метеочувствительных людей. Поскольку солнечный ветер зарождается в солнечной короне, то его свойства в районе орбиты Земли являются хорошим индикатором для изучения важных для практической деятельности человека солнечно-земных связей. Однако это уже другая область научных исследований, которой мы не будем касаться в настоящей статье.

Владимир Баранов

Понятие солнечный ветер было введено в астрономию в конце 40-х годов 20–го ст., когда американский астроном С. Форбуш, измеряя интенсивность космических лучей, заметил, что она значительно снижается при возрастании солнечной активности и совсем резко падает во время .

Это представлялось довольно странным. Скорее, можно было ожидать обратного. Ведь Солнце само является поставщиком космических лучей. Поэтому, казалось бы, чем выше, активность нашего дневного светила, тем больше частиц оно должно выбрасывать в окружающее пространство.

Оставалось предположить, что возрастание солнечной активности влияет на таким образом, что оно начинает отклонять частицы космических лучей – отбрасывать их.

Тогда-то и возникло предположение, что виновниками загадочного эффекта являются потоки заряженных частиц, вырывающиеся с поверхности Солнца и пронизывающие пространство солнечной системы. Этот своеобразный солнечный ветер и очищает межпланетную среду, "выметая" из нее частицы космических лучей.

В пользу подобной гипотезы говорили также явления, наблюдающиеся в . Как известно, кометные хвосты всегда направлены от Солнца. Вначале это обстоятельство связывали со световым давлением солнечных лучей. Однако было установлено, что лишь световое давление не может вызывать всех явлений, происходящих в кометах. Расчеты показали, что для образования и наблюдаемого отклонения кометных хвостов необходимо воздействие не только фотонов, но и частиц вещества.

Собственно говоря, о том, что Солнце выбрасывает потоки заряженных частиц – корпускул, было известно и до этого. Однако предполагалось, что такие потоки носят эпизодический характер. Но кометные хвосты направлены в противоположную от Солнца сторону всегда, а не только в периоды усиления . Значит, и корпускулярная радиация, заполняющая пространство солнечной системы, должна существовать постоянно. Она усиливается с возрастанием солнечной активности, но существует всегда.

Таким образом, солнечный ветер непрерывно обдувает околосолнечное пространство. Из чего же состоит этот солнечный ветер, и при каких условиях он возникает?

Самый внешний слой солнечной атмосферы – "корона". Эта часть, атмосферы нашего дневного светила необычайно разрежена. Но так называемая "кинетическая температура" короны, определяемая по скорости движения частиц, весьма велика. Она достигает миллиона градусов. Поэтому корональвый газ полностью ионизован и представляет собой смесь протонов, ионов различных элементов и свободных электронов.

Недавно появилось сообщение о том, что солнечный ветер имеет в своем составе ионы гелия. Это обстоятельство проливает свет на тот механизм, с помощью которого происходит выброс заряженных частиц с поверхности Солнца. Если бы солнечный ветер состоял только из электронов и протонов, то еще можно было бы предполагать, что он образуется за счет чисто тепловых процессов и представляет собой нечто вроде пара, образующегося над поверхностью кипящей воды. Однако ядра атомов гелия в четыре раза тяжелее протонов и поэтому маловероятно, чтобы они могли выбрасываться вследствие испарения. Скорее всего, образование солнечного ветра связано с действием магнитных сил. Улетая от Солнца, облака плазмы как бы уносят с собой и магнитные поля. Именно эти поля и служат тем своеобразным "цементом", который "скрепляет" воедино частицы с различными массами и зарядами.

Наблюдения и вычисления, проведенные астрономами, показали, что по мере удаления от Солнца плотность короны постепенно уменьшается. Но, оказывается, в районе орбиты Земли она еще заметно отличается от нуля. Другими словами, наша планета находится внутри солнечной атмосферы.

Если вблизи Солнца корона более или менее стабильна, то по мере увеличения расстояния она стремится расшириться в пространство. И чем дальше от Солнца, тем выше скорость этого расширения. Согласно расчетам американского астронома Э. Паркера, уже на расстоянии 10 млн. км корональные частицы движутся со скоростями, превосходящими скорость .

Таким образом, напрашивается вывод о том, что солнечная корона – это и есть солнечный ветер, обдувающий пространство нашей планетной системы.

Эти теоретические выводы были полностью подтверждены измерениями на космических ракетах и искусственных спутниках Земли. Оказалось, что солнечный ветер существует всегда и вблизи Земли – "дует" со скоростью около 400 км/сек.

Как далеко дует солнечный ветер? При теоретических соображениях в одном случае получается, что солнечный ветер затихает уже в районе орбиты , в другом, – что он существует еще на очень большом расстоянии за орбитой последней планеты Плутона. Но это лишь теоретически крайние пределы возможного распространения солнечного ветра. Указать точную границу могут лишь наблюдения.