Солнечно-земная Физика Справочник

СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР

СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР - поток плазмы, электронов и ионов, преимущественно протонов, из солнечной короны.
Истечение солнечной плазмы (только во время солнечных вспышек) было предсказано английским геофизиком С. Чепмэн и его коллегой В. Ферраро в 1031г. для объяснения природы магнитных бурь.
Модель солнечного ветра, разработаная Е. Паркером в конце пятидесятых, остается рабочей основой наших современных представлений.

Общие характеристики

Солнечный ветер имеет бимодальный характер, это смесь медленного, спокойного и быстрого, скоростного потоков. Скоростной поток в свою очередь делится на квазистационарные и спорадические потоки, имеющие разную природу.

Спокойный солнечный ветер - постоянный поток солнечной плазмы над корональными стриммерами. Скорость спокойного солнечного ветра 300-500км/с, плотность 10-15 см^-3.

Давление солнечного ветра — величина производная от скорости и плотности плазмы солнечного ветра и вычисляется по формуле:

P=1.6726*10^-6 * n * V² ,

где P – давление [нПа], n – плотность частиц [см^-3], V – скорость частиц [км/с].

Квазистационарные высокоскоростные потоки солнечной плазмы, ответственные за рекуррентные геомагнитные возмущения, наблюдаются над корональными дырами. Скорость здесь повышена до 700-1000 км/с, плотность понижена ( 3-4 см-3).
Рекуррентные потоки, с 27-дневной периодичностью, связывались с определенными областями на Солнце, которые раньше назывались М-областями (отсюда и М-потоки солнечного ветра) а теперь называются корональными дырами.
В минимуме солнечной активности эти два потока солнечного ветра пространственно разделены: стриммеры и спокойный поток СВ наблюдаются ближе к плоскости экватора, тогда как корональные дыры смещены к полюсам, выше 70^o. Это видно по наблюдениям на КА ULISUS, орбита которого поднималась над плоскостью эклиптики.

Хотя корональные дыры в основном приполюсные, однако значимый вклад в магнитную активность вносят КД, вытянутые с полюса через экватор. Особенно велика их активность на спадающей ветви цикла.
Там, где скоростной поток догоняет медленный, образуется ударная волна, где плотность частиц и напряженность магнитного поля выше, чем в остальной части потока. Поскольку рекуррентные потоки высокоскоростного солнечного ветра существуют в течение нескольких 27-дневных оборотов Солнца, и поскольку может одновременно существовать 2- 4 потока, разнесенных по долготе, в солнечном ветре образуется т.н. секторная структура с несколькими фронтами, приход которых к Земле вызывает рекуррентные магнитные возмущения - серии суббурь или умеренные магнитные бури.


Спорадические высокоскоростные потоки - относительно кратковременные и сложные по структуре образования, ответственные за спорадические магнитосферные возмущения, в частности с ними связаны большие магнитные бури.
Скорость солнечного ветра в спорадических потоках достигает 1200 км/с; на переднем фронте и впереди его образуется ударная волна, здесь происходит ряд процессов, приводящих, в частности, к ускорению энергичных частиц.
Долгое время предполагалось, что спорадические потоки в солнечном ветре обусловлены солнечными вспышками, в настоящее время в качестве источника чаще называют корональные выбросы массы (CME, Coronal Mass Ejection), хотя роль солнечных вспышек полностью отвергать нет оснований.

Межпланетное магнитное поле (ММП, IMF)
Плазма солнечного ветра обладает высокой проводимостью настолько, что магнитные силовые линии солнечной короны выносятся ею в межпланетное пространство.
Динамическое давление плазмы (или плотность энергии) много выше магнитного давления в результате чего мегнитное поле вытягивается в виде спирали Архимеда ( Спираль Паркера). Идеальная геометрия нарушается в присотствии одного или нескольких скоростных потоков.
В вакууме магнитное дипольное поле Солнца (10^-4 тесла) должно убывать как расстояние в кубе и на орбите Земли имеет порядок 10^-11 тесла. Но по измерениям оно составляет около 10^-9 тесла. По МГД (MHD) теории движение проводящей жидкости в магнитном поле индуцирует электрическое поле, которое в свою очередь создает магнитное поле (МГД-динамо).

МГД генератор, создающий электрическое поле, работает в магнитосфере и ионосфере равно как и во многих галактических магнито-плазменных объектах и является одним из основных элементов возбуждения магнитосферных возмущений, магнитных бурь и суббурь.

Воздействие солнечного ветра на магнитосферу вызывает поджатие магнитосферы в головной части и возрастание напряженности поля. Этв проблема рассматривается в рамках задачи Чепмэна-Ферраро (1931 г.)
Агентом, создающим сжатие, является электрически нейтральная плазма солнечного ветра. Когда облако плазмы встречает внешнее магнитное поле Земли, отдельные протоны и электроны отражаются под действием силы, перпендикулярной к магнитному полю и направлению движения частиц. Движение большого числа протонов и электронов создает электрический ток, который в свою очередь создает собственное магнитное поле. Индуцированное поле уничтожает нормальное геомагнитное поле в облаке и усиливает нормальное поле в области между облаком и Землей. Облако продолжает продвигаться до тех пор, пока его энергия не израсходуется на сжатие геомагнитного поля.
Возникшая в результате граница называется головной ударной волной.

Подробно о СВ смотрите в обзоре М.И. Пудовкина, о типах потоков солнечного ветра и их источниках на Солнце см. в обзоре Т.А. Хвиюзовой
Также о СВ смотрите раздел учебника, посвященный гелиосфере.