Гелиопауза солнечной системы

Гелиосфера

Компоненты гелиосферы

Гелиосфе́ра — область околосолнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Извне гелиосфера ограничена бесстолкновительной ударной волной, возникающей в солнечном ветре из-за его взаимодействия с межзвёздной плазмой и межзвёздным магнитным полем.

Первые 10 млрд километров скорость солнечного ветра составляет около миллиона километров в час. По мере того, как он сталкивается с межзвёздной средой, происходит его торможение и смешение с ней. Граница, на которой происходит замедление солнечного ветра, носит название границы ударной волны; граница, вдоль которой уравновешивается давление солнечного ветра и межзвёздной среды, носит название гелиопаузы; граница, на которой происходит столкновение межзвёздной среды с набегающим солнечным ветром — головная ударная волна.

Понятие «гелиосфера» является частным примером более общего явления — астросферы (и в ближайшее время единственным доступным для исследования изнутри). Применительно к произвольным звёздам в англоязычной литературе также может использоваться синонимичный термин «пузырь звёздного ветра».

Солнечный ветер

Основные статьи: Солнечный ветер, межпланетная среда и межпланетное пространство

Солнечный ветер представляет собой поток частиц (ионизированных атомов солнечной короны) и полей, в частности, магнитных. По мере того как Солнце вращается, делая оборот за 27 суток, магнитное поле, переносимое солнечным ветром, принимает форму спирали. Земля при прохождении витков этой спирали взаимодействует с ней своим магнитным полем, что может приводить к магнитным бурям.

В марте 2005 года были опубликованы результаты измерений, произведённых SOHO. Они показали, что область пространства, заполненная солнечным ветром, не имеет точной осевой симметрии, а имеет слегка искажённую форму, скорее всего, под влиянием местного участка общегалактического магнитного поля.

Структура

Гелиосферный токовый слой

Гелиосферный токовый слой (показан до орбиты Юпитера) Основная статья: Гелиосферный токовый слой

Гелиосферный токовый слой представляет собой «рябь» в гелиосфере, которая создаётся магнитным полем Солнца, вращающимся и меняющим свою полярность. Токовый слой выходит за пределы гелиосферы и является самой масштабной структурой в Солнечной системе. Своей формой он напоминает многослойную юбку балерины.

Внешняя структура

Солнечная система, гелиосфера, облако Оорта и Альфа Центавра, наложенные на логарифмическую шкалу

Внешняя структура гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра с потоком частиц в межзвёздном пространстве. Потоки солнечного ветра движутся во все стороны от Солнца, вблизи Земли имея скорости в несколько сотен километров в секунду. На определённом расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Нептуна, этот сверхзвуковой поток начинает снижать свою скорость. Это торможение происходит в несколько этапов:

  • Солнечный ветер имеет сверхзвуковую скорость внутри Солнечной системы. На так называемой границе ударной волны происходит падение скорости солнечного ветра до звуковых значений.
  • Потеряв сверхзвуковую скорость, солнечный ветер начинает взаимодействовать с окружающим межзвёздным веществом. Это взаимодействие между галактическим веществом и движущимся в нём Солнцем приводит к тому что гелиосфера приобретает каплеобразную форму, вытянутую хвостом в сторону, противоположную направлению движения Солнца. Эта область пространства называется гелиосферной мантией (мантией Солнечной системы)
  • Поверхность, которая ограничивает гелиосферную мантию и на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра и смешение его с набегающим межзвёздным веществом, называют гелиопаузой. Она является границей всей гелиосферы.
  • Движение Солнца в межзвёздной среде приводит к тому, что в окружающем межзвёздном пространстве происходят возмущения. Точно так же, как солнечный ветер на границе ударной волны теряет свою скорость, межзвёздный ветер, движущийся навстречу движению Солнца, изменяет свою скорость на аналогичной границе, называемой головной ударной волной. Она находится за пределами гелиосферы, и здесь происходит торможение не солнечного, а межзвёздного ветра.

Граница ударной волны

Наглядная демонстрация границы ударной волны. Окружность, на которой поток воды теряет свою энергию и начинает резко замедляться, и есть граница ударной волны

Граница ударной волны — это поверхность внутри гелиосферы, на которой происходит резкое замедление солнечного ветра до звуковых скоростей (относительно скорости самого Солнца). Это происходит из-за того, что вещество солнечного ветра «наталкивается» на межзвёздное вещество. Полагают, что в нашей Солнечной системе граница ударной волны находится на расстоянии 75—90 а.e. (около 11—13,5 млрд км). В 2007 году «Вояджер-2» пересёк границу ударной волны. (Фактически он пересекал её пять раз, из-за того, что граница непостоянна и меняет своё расстояние от Солнца в результате колебаний солнечной активности и количества испускаемого Солнцем вещества).

Ударная волна возникает потому, что частицы солнечного ветра движутся со скоростью около 400 км/с, в то время как скорость звука в межзвёздном пространстве составляет примерно 100 км/с (точное значение зависит от плотности, и потому может меняться). Хотя межзвёздное вещество имеет очень малую плотность, оно все-таки создаёт постоянное, хоть и незначительное давление, которого на определённом расстоянии от Солнца становится достаточно, чтобы затормозить солнечный ветер до звуковых скоростей. В этом месте и возникает ударная волна.

Подобные границы ударных волн могут наблюдаться в земных условиях. Простейший пример можно видеть, наблюдая за поведением потока воды в раковине. Ударяясь о раковину, струя воды растекается во все стороны со скоростью, превышающей скорость распространения механических волн в воде. Формируется диск очень малой толщины из быстро растекающейся воды, который аналогичен сверхзвуковому потоку солнечного ветра. На краях этого диска образуется водяной вал, за которым вода течёт со скоростью, меньшей скорости распространения механических волн.

Дополнительные сведения: ударная волна

Свидетельства, представленные Эдом Стоуном на встрече Американского Геофизического союза в мае 2005 года, утверждают, что космический аппарат «Вояджер-1» пересёк границу ударной волны в декабре 2004 года, когда находился на расстоянии 94 а.e. от Солнца. Такой вывод был сделан по изменению показателей магнитного поля, получаемых с аппарата. Аппарат «Вояджер-2», в свою очередь, зафиксировал обратное движение частиц уже на расстоянии 76 а.е. в мае 2006 года. Это говорит о несколько несимметричной форме гелиосферы, северная половина которой больше южной.

Спутник Interstellar Boundary Explorer попытается собрать дополнительные данные о границе ударной волны.

За границей ударной волны находится гелиопауза, где происходит окончательное торможение солнечного ветра и смешивание его с межзвёздным веществом, а ещё дальше — головная ударная волна, при прохождении которой частицы межзвёздного ветра испытывают торможение, аналогичное торможению солнечного ветра.

В июне 2011 года было объявлено, что благодаря исследованиям «Вояджеров» стало известно, что магнитное поле на границе Солнечной системы имеет структуру, похожую на пену. Это происходит из-за того, что намагниченные материя и мелкие космические объекты образуют местные магнитные поля, которые можно сравнить с пузырями.

Гелиосферная мантия

Диаграмма, изображающая положение «Вояджера-1» в гелиосферной мантии. В настоящее время «Вояджер-2» также находится в мантии.

Гелиосферная мантия — область гелиосферы за пределами ударной волны. В ней солнечный ветер тормозится, сжимается и его движение приобретает турбулентный характер. Гелиосферная мантия начинается на расстоянии 80—100 а.e. от Солнца. Однако, в отличие от внутренней области гелиосферы, мантия не имеет сферической формы. Её форма скорее похожа на вытянутую кометную кому, простирающуюся в направлении, противоположном направлению движения Солнца. Толщина мантии со стороны набегающего межзвёздного ветра намного меньше, чем с противоположной. Текущая миссия «Вояджеров» состоит в сборе данных о гелиосферной мантии.

Гелиопауза

Запрос «Гелиопауза» перенаправляется сюда. На эту тему нужна отдельная статья.Гелиопауза — это граница между гелиосферой и межзвёздной средой. При приближении солнечного ветра к гелиопаузе скорость его резко уменьшается, приводя к формированию ударной волны.

Гелиопауза — теоретическая граница, на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра. Его давление уже неспособно оттеснять межзвёздное вещество из Солнечной системы, и происходит перемешивание вещества солнечного ветра с межзвёздным.

Гипотезы

Согласно одной из гипотез, между головной ударной волной и гелиопаузой существует область, заполненная горячим водородом, называемая водородной стеной. Эта стена содержит межзвёздное вещество, сжатое взаимодействием с гелиосферой. Когда частицы, испускаемые Солнцем, сталкиваются с частицами межзвёздного вещества, они теряют свою скорость, преобразовывая кинетическую энергию в тепловую, что приводит к формированию области нагретого газа.

В качестве альтернативы предлагается определение, что гелиопауза — это магнитопауза, граница, ограничивающая солнечную магнитосферу, за которой начинается общегалактическое магнитное поле.

Данные наблюдений

В декабре 2011 аппарат «Вояджер-1» был примерно в 119 а.e. (17,8 млрд км) от Солнца и долетел до так называемого региона стагнации — последнего рубежа, отделяющего аппарат от межзвёздного пространства. Область стагнации представляет собой регион с довольно сильным магнитным полем (индукция резко возросла почти в два раза по сравнению с предыдущими значениями) — давление заряженных частиц со стороны межзвёздного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Кроме этого, аппарат зарегистрировал рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвёздного пространства.

В первой половине 2012 года «Вояджер-1» вышел на границу межзвёздного пространства. Датчики автоматической станции с января по начало июня зафиксировали рост уровня галактических космических лучей — высокоэнергетических заряженных частиц межзвёздного происхождения — на 25 %. Кроме того, датчики зонда зафиксировали резкое снижение количества заряженных частиц, исходящих от Солнца. Эти данные указали учёным, что «Вояджер-1» приближается к границе гелиосферы и вскоре выйдет в межзвёздное пространство.

В конце августа 2012 года датчики аппарата зафиксировали резкое снижение регистрируемых частиц солнечного ветра. В отличие от предыдущих подобных случаев, в этот раз тенденция к снижению сохранилась. В 2012 или 2013 году «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы, в межзвёздное пространство.

Головная ударная волна

Снимок и художественное представление головной ударной волны, создаваемой звездой R Гидры. Основная статья: Головная ударная волна

Гипотеза утверждает, что Солнце также создаёт ударную волну при движении через межзвёздное вещество, как и звезда на снимке справа. Эта ударная волна имеет форму параболоида. Она подобна волне, возникающей на водной поверхности перед носом движущегося судна, и возникает по тем же самым причинам. Головная волна возникнет в случае, если межзвёздное вещество движется навстречу Солнцу со сверхзвуковой скоростью. «Ударяясь» о гелиосферу, межзвёздный ветер тормозится и формирует ударную волну, аналогичную волне, которая формируется внутри гелиосферы при торможении солнечного ветра. Специалисты NASA Роберт Немирофф (англ. Robert Nemiroff) и Джерри Боннелл (Jerry Bonnell) считают, что солнечная головная волна может существовать на расстоянии 230 а.e. от Солнца.

Ударной волны, однако, может вовсе не существовать — в исследовании, опубликованном на основе анализа данных зонда IBEX, утверждается, что скорость движения гелиосферы через межзвёздную среду недостаточно велика для этого (84 тыс. км/ч вместо ранее предполагавшихся 95 тыс.). Эти выводы подтверждаются и данными аппаратов «Вояджер».

Наблюдения орбитального телескопа GALEX показали, что у звезды Мира созвездия Кита есть похожий на кометную кому хвост из извергнутого звёздного вещества, а также чётко различимая головная ударная волна, находящаяся в направлении движения звезды через космос (на скорости 130 км/с).

Изучение гелиосферы

Гелиосферу изучают Interstellar Boundary Explorer (IBEX) и «Вояджеры». В 2009 году на основе данных, полученных с помощью IBEX, открыли гигантскую полосу, опоясывающую кругом весь «пузырь» гелиосферы.

См. также

  • Гелиосферный токовый слой
  • Космическая погода
  • Корональные выбросы массы
  • Солнечная вспышка
  • Межзвёздная среда
  • Звёздная система

Примечания

  1. Астронет. Гелиосфера
  2. Dr. David H. Hathaway. The Solar Wind. NASA (18 января 2007). Дата обращения 11 декабря 2007. Архивировано 22 августа 2011 года.
  3. Britt, Robert Roy. A Glowing Discovery at the Forefront of Our Plunge Through Space, SPACE.com (15 марта 2000). Архивировано 11 января 2001 года. Дата обращения 24 мая 2006.
  4. Lallement, R.; Quémerais, E.; Bertaux, J. L.; Ferron, S.; Koutroumpa, D.; Pellinen, R. Deflection of the Interstellar Neutral Hydrogen Flow Across the Heliospheric Interface (англ.) // Science : journal. — 2005. — Vol. 307, no. 5714. — P. 1447—1449. — DOI:10.1126/science.1107953. — PMID 15746421.
  5. Mursula, K.; Hiltula, T.,. Bashful ballerina: Southward shifted heliospheric current sheet (англ.) // Geophysical Research Letters (англ.)русск. : journal. — 2003. — Vol. 30, no. 22. — P. 2135. — DOI:10.1029/2003GL018201.
  6. Nemiroff, R.; Bonnell, J. The Sun’s Heliosphere & Heliopause. Astronomy Picture of the Day (24 июня 2002). Дата обращения 25 мая 2007. Архивировано 22 августа 2011 года.
  7. MIT instrument finds surprises at solar system’s edge
  8. Than, Ker. Voyager II detects solar system’s edge, CNN (24 мая 2006). Дата обращения 25 мая 2007.
  9. «Вояджеры» нашли на границе Солнечной системы магнитные пузыри. Лента.ру (10 июня 2011). Дата обращения 12 июня 2011.
  10. Brandt, Pontus (February 27–March 2, 2007). «Imaging of the Heliospheric Boundary» (PDF). NASA Advisory Council Workshop on Science Associated with the Lunar Exploration Architecture: White Papers, Tempe, Arizona: Lunar and Planetary Institute. Проверено 2007-05-25.
  11. Wood, B. E.; Alexander, W. R.; Linsky, J. L. The Properties of the Local Interstellar Medium and the Interaction of the Stellar Winds of \epsilon Indi and \lambda Andromedae with the Interstellar Environment (недоступная ссылка). American Astronomical Society (13 июля 2006). Дата обращения 25 мая 2007. Архивировано 14 июня 2000 года.
  12. 1 2 «Вояджер-1» добрался до последнего рубежа Солнечной системы. Наука и техника. Lenta.ru (6 декабря 2011). Дата обращения 31 октября 2013.
  13. Зонд «Вояджер» вышел на границу межзвёздного пространства. Наука. РИА Новости (15 июня 2012). Дата обращения 31 октября 2013.
  14. Nancy Atkinson. Voyager 1 May Have Left the Solar System (англ.). Universe Today (8 October 2012). Дата обращения 29 октября 2013.
  15. Ron Cowen. Voyager 1 has reached interstellar space (англ.). News & Comment. Nature (12 September 2013). Дата обращения 31 октября 2013.
  16. Nemiroff, R.; Bonnell, J. The Sun’s Heliosphere & Heliopause. Astronomy Picture of the Day (24 июня 2002). Дата обращения 25 мая 2007. Архивировано 22 августа 2011 года.
  17. Космос-журнал: Ударной волны нет
  18. Леонид Попов. Вокруг семьи Солнца открылась колоссальная лента. membrana.ru (16 октября 2009). Дата обращения 11 августа 2013.

Ссылки

  • The Solar and Heliospheric Research Group at the University of Michigan
  • Observing objectives of NASA’s Interstellar Probe.
  • CNN: NASA: Voyager I enters solar system’s final frontier — 25 мая 2005
  • New Scientist: Voyager 1 reaches the edge of the solar system — 25 мая 2005
  • Surprises from the Edge of the Solar System — Voyager 1 Newest Findings as of September 2006
  • The heliospheric hydrogen wall and astrospheres
  • Heliosphere, has a diagram.
  • Global Structure of the Heliosphere
  • Publications in Refereed Journals
  • NASA GALEX (Galaxy evolution Explorer) homepage at Caltech
  • Heliosphere Astronomy Cast episode #65, includes full transcript.
  • Voyager Makes an Interstellar Discovery
  • Voyager
  • Computational Group for Astrophysics and Space Physics Группа учёных, занимающаяся исследованием взаимодействия гелиосферы и межзвёздного вещества
  • Эволюция наших представлений об окружающем Солнечную систему космическом пространстве — научно популярная лекция В. Б. Баранова на Elementy.ru

Словари и энциклопедии

Нормативный контроль

GND: 4243903-6 · LCCN: sh2001008381

«Вояджеры» помогли прояснить структуру гелиосферы Солнечной системы


Альфа Центавра a и b, ближайшие соседние к нам звезды
Границы Солнечной системы находятся гораздо дальше последней орбиты планеты или планетоида. Можно сказать, что границами нашей системы являются стенки гелиосферы. Сама гелиосфера — это область околосолнечного пространства, где плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Википедия говорит нам, что снаружи гелиосфера ограничена так называемой бесстолкновительной ударной волной. Она возникает в солнечном ветре из-за его взаимодействия с межзвездной плазмой и межзвездным магнитным полем.
До гелиопаузы — внешних границ гелиосферы Солнца — человек еще не добрался, если иметь в виду пилотируемую экспедицию. Зато до этих пределов дошли два автоматических зонда, которые были запущены много лет назад: это «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Что касается первого зонда, то в 2012 году вышел в пространство, где нет давления солнечного ветра. Тогда приборы устройства пять раз фиксировали скачки количества протонов и ядер ядер гелия с энергией 1,9-2,7 МэВ в окружающем пространстве, при неизменности плотности частиц с другими зарядами. По словам экспертов, это говорит о пятикратном пересечении гелиопаузы.
20 марта почётный профессор астрономии из университета Нью-Мексико Билл Веббер официально сообщил, что «Вояджер-1» всё-таки вышел за пределы Солнечной системы, и случилось это 25 августа 2012 года на расстоянии 121,7 а.е. от Солнца. С тех пор интенсивность излучения 1,9-2,7 МэВ уменьшилась в 300-500 раз.
Сейчас пересекает гелиопаузу «Вояджер-2». Он тоже вскоре покинет Солнечную систему, но приборы аппарата фиксируют несколько иную картину происходящего при уходе в межзвездное космическое пространство. Об этом заявил Эд Стоун, экс-директор Лаборатории реактивного движения НАСА. Свое аявление он сделал на Конференции геофизического союза, которая проходила на прошлой неделе. Так вот, «Вояджер-1», как считают ученые, зафиксировал так называемые галактические космические лучи. А вот «Вояджер-2», пересекая границу Солнечной системы, никаких лучей не обнаружил. В этом случае интенсивность частиц оставалась все время на одном уровне.


Возможно, говорит Стоун, разница обусловлена тем, что сейчас мы находимся в активной фазе солнечного цикла. Солнечный ветер по этой причине довольно мощный, и число космических лучей, пересекающих границу Солнечной системы, не слишком велико. Совсем иная ситуация наблюдалась, когда границу пересекал «Вояджер-1». Тогда активность Солнца была ниже, чем сейчас, и большее число галактических лучей прорывалось через «рубеж». «Благодаря этой информации мы получили больше данных о том, насколько мощными могут быть барьеры нашего пузыря», — говорит Стоун.
Данные, получаемые приборами «Вояджера-2» также указывают на то, что внутри гелиощита солнечный ветер приобретает закрученную форму и отклоняется от общего потока, образуя достаточно длинный хвост, который кому-то может напомнить хвост кометы. Ранее считалось, что именно такой и должна быть ситуация на границе Солнечной системы. Но «Вояджер-1» ни с чем таким не столкнулся. Он зафиксировал снижение скорости ветра при сохранении направления его движения. А вот «Вояджер-2» смог заметить совсем иное.
Сейчас зонд «Вояджер-1», который находится на расстоянии около 137 астрономических единиц от Солнца, движется в сторону созвездия Змееносца. Это созвездие находится на севере от солнечного экватора. Что касается «Вояджера-2», то этот аппарат находится от нас на расстоянии примерно 113 астрономических единиц. Он движется в другую сторону — в сторону созвездия Павлина, находящегося на юге. Вероятно, в межзвёздном пространстве аппарат окажется уже в ближайшие годы.
По мнению Стоуна, информация, передаваемая «Вояджерами», помогает понять, как взаимодействуют звезды с околозвездным космическим пространством. Раньше специалисты могли только строить прогнозы и делать предположения. Сейчас же в руках специалистов оказались надежные данные, полученные двумя зондами «Вояджер».
Как уже говорилось выше, эти аппараты проработали уже много лет, и еще около двадцати лет они будут продолжать функционировать. Правда, у систем осталось совсем мало плутония-238, энергия распада которого и используется зондами. Уже через пару десятков лет зонды замолчат навсегда. Сейчас ученые понемногу отключают некоторые модули аппаратов, поскольку для работы всех модулей зондов уже не хватит генерируемой РИТЭГ энергии.
Пока что движение «Вояджеров» продолжается, данные регулярно поступают на Землю и ученые тщательно их анализируют. Кстати, именно анализ сигналов устройства позволил более детально изучить Уран и спутники этой планеты-гиганта. Дело в том, что мимо этой планеты 30 лет назад пролетал «Вояджер-2», который смог собрать информацию об этой планете и ее спутниках. Благодаря именно этим данным астрономам из Университета Айдахо удалось выяснить, что у планеты может еще быть два небольших спутника, которые вполне могут располагаться в двух кольцах Урана, что усложняет выявление этих планетоидов.

Гелиосфера — область околосолнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Извне гелиосфера ограничена бесстолкновительной ударной волной, возникающей в солнечном ветре из-за его взаимодействия с межзвёздной плазмой и межзвёздным магнитным полем.
Первые 10 миллиардов километров скорость солнечного ветра составляет около миллиона километров в час. По мере того, как он сталкивается с межзвёздной средой, происходит его торможение и смешение с ней. Граница, на которой происходит замедление солнечного ветра, носит название гелиосферной границы ударной волны; граница, вдоль которой уравновешивается давление солнечного ветра и межзвёздной среды, носит название гелиопаузы; граница, на которой происходит столкновение межзвёздной среды с набегающим солнечным ветром — головная ударная волна.

ГЕЛИОСФЕРА

Расстояние границы гелиосферы от Солнца определяется балансом динамического давления солнечного ветра и давления межзвёздного газа и магнитного поля. Так как Солнечная система движется относительно межзвёздной среды со скоростью 20-25 км/с, то гелиосфера несферична. Теоретические оценки и косвенные экспериментальные данные показывают, что минимальное расстояние ударной волны от Солнца равно 50-200 а.е., а расстояние контактной поверхности (гелиопаузы) от ударной волны примерно в 2-3 раза меньше. Поскольку межзвёздный газ движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью, то за контактной поверхностью находится, внешняя ударная волна (головная), в которой происходит торможение межзвёздной плазмы. На больших расстояниях от Солнца (более 10 а. е.) солнечный ветер влияет только на движение ионизованного компонента межзвёздной среды. На движение нейтральных атомов солнечная радиация и другие факторы начинают заметно влиять только на расстояниях примерно 5 а. е. от Солнца.

ГЕЛИОСФЕРА

Понятие «гелиосфера» является частным примером более общего явления — астросферы («пузырь звёздного ветра»). При этом физика формирования и существования пузырей в основном аналогична физике гелиосферы.
Структура:
ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА:
• Солнце: солнечный ветер
Солнечный ветер представляет собой поток частиц (ионизированных атомов солнечной короны) и полей, в частности, магнитных. По мере того как Солнце вращается, делая оборот за 27 суток, магнитное поле, переносимое солнечным ветром, принимает форму спирали.

• Солнце: гелиосферный токовый слой
Гелиосферный токовый слой представляет собой «рябь» в гелиосфере, которая создаётся магнитным полем Солнца, вращающимся и меняющим свою полярность. Гелиосферный токовый слой представляет собой поверхность в пределах Солнечной системы, при пересечении которой изменяется полярность магнитного поля Солнца. Эта поверхность простирается вдоль экваториальной плоскости Солнца и достигает границ гелиосферы. Гелиосферный токовый слой вращается вместе с Солнцем, делая один оборот за 27 дней.В процессе вращения Солнца его магнитное поле извивается в особой формы спираль.

Гелиосферный токовый слой (показан до орбиты Юпитера)

ГЕЛИОСФЕРА

ВНЕШНЯЯ СТРУКТУРА:
Внешняя структура гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра с потоком частиц в межзвёздном пространстве. Потоки солнечного ветра движутся во все стороны от Солнца, вблизи Земли имея скорости в несколько сотен километров в секунду. На определённом расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Нептуна, этот сверхзвуковой поток начинает снижать свою скорость. Это торможение происходит в несколько этапов:
> Солнечный ветер имеет сверхзвуковую скорость внутри Солнечной системы. На так называемой границе ударной волны происходит падение скорости солнечного ветра до звуковых значений.
> Потеряв сверхзвуковую скорость, солнечный ветер начинает взаимодействовать с окружающим межзвёздным веществом. Это взаимодействие между галактическим веществом и движущимся в нём Солнцем приводит к тому что гелиосфера приобретает каплеобразную форму, вытянутую хвостом в сторону, противоположную движению Солнца. Эта область пространства называется гелиосферной мантией (мантией Солнечной системы)
> Поверхность, которая ограничивает гелиосферную мантию и на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра и смешение его с набегающим межзвёздным веществом называют гелиопаузой. Она является границей всей гелиосферы.
> Движение Солнца в межзвёздной среде приводит к тому, что в окружающем межзвёздном пространстве происходят возмущения. Точно так же, как солнечный ветер на границе ударной волны теряет свою скорость, межзвёздный ветер, движущийся навстречу движению Солнца, изменяет свою скорость на аналогичной границе, называемой дуговой ударной волной. Она находится за пределами гелиосферы, и здесь происходит торможение не солнечного, а межзвёздного ветра.

ГЕЛИОСФЕРА

• Гелиосферная ударная волна
Граница ударной волны — это поверхность внутри гелиосферы, на которой происходит резкое замедление солнечного ветра до звуковых скоростей (относительно скорости самого Солнца). Это происходит из-за того, что вещество солнечного ветра «наталкивается» на межзвёздное вещество. Полагают, что в нашей Солнечной системе граница ударной волны находится на расстоянии 75-90 астрономических единиц (около 11-13,5 млрд км). В 2007 году Вояджер-2 пересёк границу ударной волны. (Фактически он пересекал её пять раз, из-за того, что граница непостоянна и меняет свое расстояние от Солнца в результате колебаний солнечной активности и испускаемого Солнцем вещества).

Ударная волна возникает потому, что частицы солнечного ветра движутся со скоростью около 400 км/с, в то время как скорость звука в межзвёздном пространстве составляет примерно 100 км/с (точное значение зависит от плотности, и потому может меняться). Хотя межзвёздное вещество имеет очень малую плотность, оно все-таки создаёт постоянное, хоть и незначительное давление, которого на определённом расстоянии от Солнца становится достаточно, чтобы затормозить солнечный ветер до звуковых скоростей. В этом месте и возникает ударная волна.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

Свидетельства, представленные Эдом Стоуном на встрече Американского Геофизического союза в мае 2005 года, утверждают, что космический аппарат Вояджер-1 пересёк границу ударной волны в декабре 2004, когда находился на расстоянии 94 а. е. от Солнца. Такой вывод был сделан по изменению показателей магнитного поля, получаемых с аппарата. Аппарат Вояджер-2, в свою очередь, зафиксировал обратное движение частиц уже на расстоянии 76 а. е. в мае 2006 г. Это говорит о несколько несимметричной форме гелиосферы, северная половина которой больше южной.
В июне 2011 года было объявлено, что благодаря исследованиям «Вояджеров» стало известно, что магнитное поле на границе Солнечной системы имеет структуру, похожую на пену. Это происходит из-за того, что намагниченные материя и мелкие космические объекты образуют местные магнитные поля, которые можно сравнить с пузырями.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

• Гелиосферная мантия
Гелиосферная мантия — область гелиосферы за пределами ударной волны. В ней солнечный ветер тормозится, сжимается и его движение приобретает турбулентный характер. Гелиосферная мантия начинается на расстоянии 80-100 а. е. от Солнца. Однако, в отличие от внутренней области гелиосферы, мантия не имеет сферической формы. Её форма скорее похожа на вытянутую кометную кому, простирающуюся в противоположном движению Солнца направлении. Толщина мантии со стороны набегающего межзвёздного ветра намного меньше, чем с противоположной.
• Гелиопауза
Гелиопауза — теоретическая граница, на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра. Его давление уже неспособно оттеснять межзвёздное вещество из Солнечной системы и происходит перемешивание вещества солнечного ветра с межзвёздным.
Согласно одной из гипотез, между головной ударной волной и гелиопаузой существует область, заполненная горячим водородом, называемая водородной стеной. Эта стена содержит межзвёздное вещество, сжатое взаимодействием с гелиосферой. Когда частицы, испускаемые Солнцем, сталкиваются с частицами межзвёздного вещества, они теряют свою скорость, преобразовывая кинетическую энергию в тепловую, что приводит к формированию области нагретого газа.
В качестве альтернативы предлагается определение, что гелиопауза — это магнитопауза, граница, ограничивающая солнечную магнитосферу, за которой начинается общегалактическое магнитное поле.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

В декабре 2011 аппарат «Вояджер-1» был примерно в 119 а. е. (17,8 млрд км) от Солнца и долетел до так называемого региона стагнации — последнего рубежа, отделяющего аппарат от межзвёздного пространства. Область стагнации представляет собой регион с довольно сильным магнитным полем (индукция резко возросла почти в два раза по сравнению с предыдущими значениями) — давление заряженных частиц со стороны межзвёздного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Кроме этого, аппарат зарегистрировал рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвёздного пространства.
В первой половине 2012 года «Вояджер-1» вышел на границу межзвёздного пространства. Датчики автоматической станции с января по начало июня зафиксировали рост уровня галактических космических лучей — высокоэнергетических заряженных частиц межзвёздного происхождения — на 25%. Кроме того, датчики зонда зафиксировали резкое снижение количества заряженных частиц, исходящих от Солнца. Эти данные указали учёным, что «Вояджер-1» приближается к границе гелиосферы и вскоре выйдет в межзвёздное пространство.
В конце августа 2012 года датчики аппарата зафиксировали резкое снижение регистрируемых частиц солнечного ветра. В отличие от предыдущих подобных случаев, в этот раз тенденция к снижению сохранилась. В 2012 или 2013 году «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы, в межзвёздное пространство

НОВЫЕ ДАННЫЕ

• Головная ударная волна
Гипотеза утверждает, что Солнце так же создаёт ударную волну при движении через межзвёздное вещество. Эта ударная волна имеет форму дуги натянутого лука, из-за чего и получила своё второе название — дуговая. Она подобна волне, возникающей на водной поверхности перед носом движущегося судна, и возникает по тем же самым причинам. Головная волна возникнет в случае, если межзвёздное вещество движется навстречу Солнцу со сверхзвуковой скоростью. «Ударяясь» о гелиосферу, межзвёздный ветер тормозится и формирует ударную волну аналогичную волне, которая формируется внутри гелиосферы при торможении солнечного ветра.

Снимок и художественное представление головной ударной волны, создаваемой звездой R Гидры.

ГЕЛИОСФЕРА

Головные ударные волны вокруг быстродвижущихся звёзд. Изображения сделаны космическим телескопом Хаббл в период с октября 2005 по июль 2006 года.

ГЕЛИОСФЕРА

Ударной волны, однако, может вовсе не существовать. В исследовании, опубликованном на основе анализа данных зонда IBEX, утверждается, что скорость движения гелиосферы через межзвездное вещество недостаточно велика (84000 километров в час вместо ранее предполагавшихся 95000) для этого. Эти выводы подтверждаются и данными аппаратов Вояджер.
Материалы и фото: ru.wikipedia.org, www.nasa.gov и др.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *