Физика Солнца.Магнитные бури

 

Вариации солнечного ветра

 

 

 

Солнечный ветер не однороден. Его скорость является высокой (800 км/с) над корональными дырами и низкой (300 км/с) над стримерами. Эти потоки быстрого и медленного солнечного ветра  взаимодействуют друг с другом и  попеременного пересекаются Землей по мере того, как Солнце вращается. Такие резкие изменения в скорости солнечного ветра негативно воздействуют на магнитное поле Земли и могут  производить магнитные бури в  земной магнитосфере.

 

Большое количество научной  информации о солнечном ветре  поступает с космических аппаратов. Один из них является спутник Улисс (Ulysses), орбита которого позволила ему  пройти поочередно над солнечными южным  и северным полюсами. Произведенные  Улисс  измерения скорости вытекающей с Солнца плазмы, ее химического  состава и величины магнитного поля сильно изменили наши представления  о солнечном ветре.

 

Еще одним космическим  аппаратом, изучающим структуру  и динамику солнечного ветра является спутник ACE ( Advanced Composition Explorer), запущенный в августе 1997 года на орбиту, расположенную  вблизи точки Лагранжа L1 между Землей и Солнцем. Это одна из нескольких точек, в которой гравитационное притяжение Солнца и Земли уравновешивают друг друга. На борту спутника расположено  несколько инстументов, осуществляющих круглосуточный мониторинг солнечного ветра, и команда ACE предоставляет  в реальном времени информацию о  параметрах солнечного ветра в окрестностях точки L1.

 

 

 

 

 

Магнитные бури

 

Магнитная буря-возмущение геомагнитного поля длительностью от нескольких часов до нескольких суток.

Геомагнитные бури являются одним из видов геомагнитной активности. Они вызываются поступлением в окрестности Земли возмущённых потоков солнечного ветра и их взаимодействием с магнитосферой Земли.

 

 

Начальная фаза (геомагнитной бури)

 

Продолжительность начальной фазы является важным параметром с теоретической  точки зрения, так как внезапное  начало бури означает приход ударной  волны из межпланетного пространства к Земле, а в течение начальной  фазы Земля погружается в плазму и магнитное поле за фронтом ударной  волны. Статистические исследования показывают, что начальная фаза может продолжаться от 30 мин до нескольких часов.

Обычно напряженность геомагнитного  поля на низких широтах больше, чем  перед внезапным началом бури, а на высокоширотных станциях наблюдаются  увеличенные и очень иррегулярные флуктуации поля. Магнитосфера подвергается воздействию больших флуктуаций плазмы и поля солнечного ветра с  характерным временем от нескольких секунд до нескольких часов. Физические свойства плазмы, окружающей Землю  после прохождения ударной волны, изучены еще недостаточно полно.

 

Невидимое волновое излучение  Солнца - это рентгеновское излучение  и гамма-лучи, ультрафиолетовое и  инфракрасное излучения. Время от времени  на Солнце происходят процессы, которые  по своей сути напоминают взрыв атомной  бомбы, только они намного мощнее. Во время этих катаклизмов во много  раз усиливается солнечное излучение  на разных частотах, видимое (из области  взрыва), рентгеновское и ультрафиолетовое. Во время солнечных вспышек из солнечной атмосферы в межпланетное пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, которые распространяются наподобие поршня. Через 12-24 часа этот излучение  достигает Земли, происходит сильное сжатие магнитосферы нашей  планеты, что означает увеличение напряженности  магнитного поля, Так начинается магнитная  буря.

 

Солнцу принадлежит ведущая  роль в возникновении ритмических  процессов на Земле. В результате образования ядер гелия из ядер водорода на Солнце высвобождается энергия, которая  излучается через солнечную фотосферу. Другое проявление солнечной активности – вспышки Это в высокой  степени сконцентрированное взрывообразное высвобождение энергии внутри солнечной  атмосферы. Во время вспышки усиливается  радиоизлучение, выбрасываются со скоростью  света электроны и облака высокоэнергичных протонов. Потоки солнечной плазмы, достигая Земли, увеличивают сжатие магнитосферы и частично проникают  внутрь магнитосферы Земли. Попадание  частиц высоких энергий в верхнюю  атмосферу Земли и их воздействие  на магнитосферу приводят к генерации  и усилению внеэлектрических токов, достигающих наибольшей интенсивности  в полярных областях ионосферы. Изменения  магнитосферно- ионосферных токовых  систем проявляются на поверхности  Земли в виде геомагнитных возмущений. В результате резких колебаний магнитного поля Земли возникают электромагнитные бури Другое проявление солнечной активности – вспышки Это в высокой  степени сконцентрированное взрывообразное высвобождение энергии внутри солнечной атмосферы. Во время вспышки усиливается радиоизлучение, выбрасываются со скоростью света электроны и облака высокоэнергичных протонов. Потоки солнечной плазмы, достигая Земли, увеличивают сжатие магнитосферы и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению внеэлектрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы. Изменения магнитосферно- ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде геомагнитных возмущений. В результате резких колебаний магнитного поля Земли возникают электромагнитные бури 

1. Когда скорость поступления  энергии меньше или равна скорости  стационарной 

диссипации энергии внутри магнитосферы, она не изменяет своей  формы – в магнито-

сфере не наблюдается каких-либо существенных изменений, т.е. она остается невозму-

щенной.

2. В случае, когда скорость  поступления энергии превышает  скорость стационарной 

диссипации, часть энергии  уходит из магнитосферы по «квазистационарному  каналу»,

что приводит к восстановлению ее состояния. Роль такого канала играют магнитные 

суббури – процессы высвобождения  магнитной энергии, накопленной  в магнитосфере,

путем замыкания хвостового тока вдоль магнитных линий через ионосферу в

области ночной части полярного  овала. Вновь образуемый ток называется «электро-

джет» . Наиболее впечатляющее проявление суббурь – полярное сияние, возни-

кающее в результате бомбардировки  нейтральных атомов атмосферы потоками плазмы

хвоста магнитосферы, ускоренной вдоль магнитных силовых линий. Магнитосфера

может долгое время сбрасывать излишки энергии в полярные области  обоих полуша-

рий Земли в виде суббурь  с периодичностью около 3 ч.

 

3. Когда скорость поступления  энергии существенно превышает  скорость стацио-

нарной и квазистационарной  диссипации, происходит глобальная перестройка  токовой 

системы магнитосферы и ионосферы, сопровождаемая сильными возмущениями маг-

нитного поля на Земле, что  по существу и называется магнитной  бурей. Основной

вклад в изменение магнитного поля вносит кольцевой ток, расположенный  в области 

геомагнитного экватора . Поэтому в отличие от магнитных суббурь, при кото-

рых возмущения магнитного поля наблюдаются в полярных областях, во время маг-

нитных бурь поле изменяется и на низких широтах вблизи экватора. При сильных бу-

рях полярные сияния могут  опускаться на 20–30° к экватору от полярных областей и 

наблюдаться на низких широтах, как это происходило, например, 30 октября 2003 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники 

 

Тесис. Лаборатория рентгеновской  астрономии Солнца, ФИАН

 

(http://www.tesis.lebedev.ru/) 
 
http://ru.wikipedia.org/wiki/геомагнитная буря  
 
Википедия.Строение солнца,магнитные бури.

 
Солнечнык  и межпланетные источники геомагнитных бурь:

Аспекты космической погоды. 
Ю.И. Ермолаев, М.Ю. Ермолаев 2009 г. Стр 15.Магнитосферные явления.