Astronet > Vliyanie mezhzvezdnoi sredy na stroenie geliosfery

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Vliyanie mezhzvezdnoi sredy na stroenie geliosfery

V.B.BARANOV

Moskovskii gosudarstvennyi universitet im. M.V. Lomonosova

Rassmatrivaetsya problema vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, okruzhayushei Solnechnuyu sistemu. S gazodinamicheskoi tochki zreniya problema svoditsya k postroeniyu modeli vzaimodeistviya dvuh sverhzvukovyh potokov: mezhzvezdnogo gaza i potoka plazmy ot istochnika (Solnce).

Vvedenie

Skoro ispolnitsya sorok let s teh por, kak kosmicheskie apparaty nachali issledovat' okruzhayushee nas kosmicheskoe prostranstvo. Uzhe pervye pryamye izmereniya parametrov mezhplanetnoi plazmy pri pomoshi kosmicheskih apparatov "Luna-2", "Luna-3" i "Venera-1" priveli k zamechatel'nomu eksperimental'nomu otkrytiyu, sdelannomu gruppoi K.I. Grinauza, - obnaruzheniyu yavleniya solnechnogo vetra, kotoroe v 1958 godu bylo teoreticheski predskazano amerikanskim fizikom E. Parkerom.

Solnechnyi veter predstavlyaet soboi potok polnost'yu ionizovannoi vodorodnoi plazmy, kotoraya s bol'shoi sverhzvukovoi skorost'yu (bol'she 400 km/s) vytekaet iz Solnca v mezhplanetnuyu sredu, zapolnyaya ee. Temperatura solnechnogo vetra okolo neskol'kih sot gradusov po Kel'vinu. V nastoyashee vremya kosmicheskie apparaty "Voyadzher-1 i -2", "Pioner-10 i -11" izuchayut mezhplanetnuyu sredu na rasstoyaniyah v neskol'ko desyatkov astronomicheskih edinic (a.e.) ot Solnca (astronomicheskaya edinica - rasstoyanie ot Zemli do Solnca). I dlya pravil'nogo ponimaniya proishodyashih v mezhplanetnoi srede processov neobhodimo ponyat' harakter ee vzaimodeistviya s okruzhayushei Solnechnuyu sistemu mezhzvezdnoi sredoi. Eto vzaimodeistvie mozhet byt' sushestvennym na takih bol'shih geliocentricheskih rasstoyaniyah. V chastnosti, solnechnyi veter mozhet byt' ogranichen davleniem mezhzvezdnogo gaza. Oblast', zapolnennuyu plazmoi solnechnogo proishozhdeniya, prinyato nazyvat' geliosferoi.

Kak vzaimodeistvuet solnechnyi veter s mezhzvezdnoi sredoi? Eshe v 1961 godu E. Parker [1] predpolozhil, chto na Solnechnuyu sistemu nabegaet potok gaza mezhzvezdnoi sredy, kotoryi gazodinamicheskim obrazom vzaimodeistvuet s plazmoi solnechnogo vetra. On predpolozhil takzhe, chto dlya opisaniya kartiny voznikayushego pri etom techeniya spravedlivy gidrodinamicheskie uravneniya Eilera. Postroennaya Parkerom model' delit vsyu oblast' techeniya na tri podoblasti: sverhzvukovoi solnechnyi veter, dozvukovoi solnechnyi veter, proshedshii cherez geliosfernuyu udarnuyu volnu, i potok neszhimaemogo (ego skorost' mnogo men'she skorosti zvuka) mezhzvezdnogo gaza, kotoryi otdelyaetsya ot solnechnogo vetra kontaktnoi poverhnost'yu, nazvannoi vposledstvii geliopauzoi.

Avtoru etih strok sovmestno s sotrudnikami i kollegami udalos' postroit' al'ternativnuyu model', osnovannuyu na sverhzvukovom obtekanii Solnechnoi sistemy mezhzvezdnym gazom. Pri etom v svoih pervyh rabotah my ishodili iz predpolozheniya, chto napravlenie dvizheniya mezhzvezdnogo gaza otnositel'no Solnechnoi sistemy i ego skorost' sovpadayut s napravleniem i skorost'yu dvizheniya Solnca (otnositel'no blizhaishih zvezd) k apeksu. Eta skorost' ravna 20 km/s, a ee napravlenie na apeks sostavlyaet ugol 53° k ploskosti ekliptiki. Pri temperature mezhzvezdnogo gaza poryadka 10 000 K velichina skorosti 20 km/s yavlyaetsya sverhzvukovoi s chislom Maha M = 2. V takoi modeli po sravneniyu s model'yu Parkera dobavlen eshe odin fizicheskii element, a imenno golovnaya udarnaya volna, kotoraya sozdaet dopolnitel'nuyu oblast' szhatogo v etoi udarnoi volne mezhzvezdnogo gaza. Uzhe pervye eksperimenty po rasseyannomu solnechnomu laiman-al'fa-izlucheniyu na kosmicheskih apparatah pokazali[2], chto iz mezhzvezdnoi sredy v Solnechnuyu sistemu dvizhetsya potok atomov vodoroda N so skorost'yu primerno 20 km/s i temperaturoi poryadka 10 000 K, to est' skorost' potoka okazyvaetsya sverhzvukovoi.

S teh por nasha nauchnaya gruppa zanimaetsya razvitiem predlozhennoi nami v 1970 godu modeli [3] dlya korrektnoi interpretacii eksperimental'nyh dannyh, poluchaemyh na kosmicheskih apparatah "Voyadzher", "Pioner", "Uliss" i dr., issleduyushih otdalennye oblasti Solnechnoi sistemy. V konce nastoyashego stoletiya v SShA namechaetsya zapusk special'nogo zonda ("Interstellar probe"), odnoi iz osnovnyh celei kotorogo budet pryamoe issledovanie oblasti neposredstvennogo kontakta mezhplanetnoi i mezhzvezdnoi sred. Na ris. 1 izobrazheny geliocentricheskie rasstoyaniya kosmicheskih apparatov v razlichnye momenty vremeni.

Ris. 1. Geliocentricheskoe rasstoyanie r amerikanskih kosmicheskih apparatov "Voyadzher-1" (V1 ), "Voyadzher-2" (V2 ), "Pioner-10" (P10 ) i "Pioner-11" (P11) kak funkcii vremeni. Pokazana takzhe traektoriya kosmicheskogo apparata "Mezhzvezdnyi zond" (MZ ) (predpolagaemyi zapusk v SShA v 1999 godu).

V 2012 godu, kak vidno iz ris. 1, apparaty "Voyadzher-1" i "Mezhzvezdnyi zond" budut primerno na odinakovom rasstoyanii 120 a.e. ot Solnca. Imenno na takih rasstoyaniyah, kak predskazyvaet gazodinamicheskaya teoriya, nahoditsya oblast' naibolee sil'nogo vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, opredelyayushaya granicy geliosfery. Fizicheskaya zhe granica geliosfery yavlyaetsya dovol'no tonkoi po sravneniyu s ee razmerami, esli verno gazodinamicheskoe priblizhenie, i nazyvaetsya geliopauzoi. Perspektiva dostizheniya etoi granicy kosmicheskimi apparatami v blizhaishem budushem pridaet osoboe znachenie predskazatel'nym vozmozhnostyam gazodinamicheskih modelei, kotorym i posvyashena nastoyashaya stat'ya.

Istoriya razvitiya gazodinamicheskih modelei

Sozdanie teoreticheskoi modeli vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, kotoraya mogla by udovletvoritel'no ob'yasnit' nablyudaemye fizicheskie yavleniya, aktual'no po dvum prichinam. Vo-pervyh, pravil'naya interpretaciya nablyudaemyh fizicheskih yavlenii, takih, naprimer, kak rasseyannoe solnechnoe izluchenie na dlinah voln 1216 i 584 A (dlya atomov N i Ne sootvetstvenno) ili modulyaciya galakticheskih kosmicheskih luchei, vozmozhna tol'ko na osnove adekvatnoi teoreticheskoi modeli. Vo-vtoryh, vnutrenne neprotivorechivaya teoreticheskaya model' daet vozmozhnost', pol'zuyas' znacheniyami horosho izmeryaemyh velichin v fizicheskom eksperimente, opredelyat' ploho izmeryaemye (ili voobshe neizmeryaemye). K chislu poslednih otnosyatsya, naprimer, stepen' ionizacii i magnitnye polya lokal'noi mezhzvezdnoi sredy.

Kak ukazano vo vvedenii, vpervye kolichestvennaya gazodinamicheskaya model' vzaimodeistviya zvezdnogo vetra (analogichnogo solnechnomu) s mezhzvezdnym gazom byla predlozhena v [1]. V to vremya eshe ne bylo nablyudenii dvizheniya mezhzvezdnogo gaza otnositel'no zvezd, i v chastnosti Solnca. Poetomu Parker rassmotrel tri vozmozhnye modeli: istechenie a) sverhzvukovogo zvezdnogo vetra v mezhzvezdnyi gaz, nahodyashiisya v pokoe; b) v mezhzvezdnyi gaz, dvizhushiisya s ochen' malen'koi dozvukovoi skorost'yu, pri kotoroi etot gaz mozhno schitat' neszhimaemoi zhidkost'yu, i v) v odnorodnoe magnitnoe pole, davlenie kotorogo mnogo bol'she davleniya gaza (kak staticheskogo, tak i dinamicheskogo). Na ris. 2 pokazana kartina techeniya v modeli b) teorii Parkera. Na nei izobrazheny linii toka mezhzvezdnogo gaza, tekushego sleva napravo, i solnechnogo vetra, istochnikom kotorogo yavlyaetsya Solnce, pomeshennoe v nachalo koordinat. Liniya NR, sootvetstvuyushaya granice, otdelyayushei mezhzvezdnyi gaz ot plazmy solnechnogo vetra, i est' geliopauza, geliocentricheskoe rasstoyanie kotoroi vdol' osi simmetrii (osi Oz) ravno L₀ . Tormozhenie solnechnogo vetra do dozvukovoi skorosti dolzhno proishodit' v rassmotrennom Parkerom sluchae obyazatel'no cherez udarnuyu volnu, kotoraya v priblizhenii neszhimaemogo mezhzvezdnogo gaza dolzhna byt' sfericheskoi. Na ris. 2 ona ne oboznachena, poskol'ku v dannoi modeli ee geliocentricheskoe rasstoyanie mnogo men'she rasstoyaniya L₀ do geliopauzy.

Ris. 2. Obshaya kartina obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom v dozvukovoi modeli E. Parkera. Solnce kak istochnik solnechnogo vetra nahoditsya v nachale koordinat. Poverhnost', otdelyayushaya gaz mezhzvezdnoi sredy s plotnost'yu i skorost'yu ot solnechnogo vetra, izobrazhena liniei NR (geliopauzoi). S gazodinamicheskoi tochki zreniya geliopauza predstavlyaet soboi tangencial'nyi razryv. Zdes' r - rasstoyanie ot Solnca, L₀ - rasstoyanie do geliopauzy, z = 1 - bezrazmernoe rasstoyanie do geliopauzy vdol' osi simmetrii.

V 1970 godu v [3] byla predlozhena model' sverhzvukovogo obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom. Chtoby obosnovat' gidrodinamicheskii podhod k rassmatrivaemomu fizicheskomu yavleniyu, avtory predpolozhili, chto mezhzvezdnyi gaz predstavlyaet soboi polnost'yu ionizirovannyi vodorod. Odnako obnaruzhennoe v 1971 godu po rasseyannomu solnechnomu laiman-al'fa-izlucheniyu vtorzhenie v Solnechnuyu sistemu atomov H privelo k neobhodimosti peresmotra predlozhennoi v [3] modeli. Ocenki, provedennye v [4], pokazali, chto process perezaryadki atomov H i protonov mozhet privesti k sushestvennoi korrektirovke kolichestvennyh vyvodov, poluchennyh v [3]. Krome togo, v [4] bylo pokazano, chto process perezaryadki yavlyaetsya svoeobraznym fil'trom dlya proniknoveniya atomov H iz mezhzvezdnoi sredy v solnechnyi veter, chto, v svoyu ochered', mozhet privesti k korrektirovke interpretacii eksperimental'nyh dannyh po rasseyannomu solnechnomu laiman-al'fa-izlucheniyu.

Kachestvennaya kartina voznikayushego v rezul'tate techeniya predstavlena na ris. 3. Zdes' cherez BS (bow shock) oboznachena golovnaya udarnaya volna, obrazuyushayasya v plazmennoi komponente mezhzvezdnogo gaza, skorost' kotorogo napravlena sleva napravo. Cherez TS (termination shock) oboznachena geliosfernaya udarnaya volna, obrazuyushayasya v plazme solnechnogo vetra pri ego tormozhenii na mezhzvezdnoi srede. Atomy vodoroda pronikayut cherez tangencial'nyi razryv (geliopauzu), vzaimodeistvuya s plazmennoi komponentoi vo vsei oblasti techeniya vsledstvie processov perezaryadki. Fizicheskii smysl perezaryadki, posredstvom kotoroi proishodit obmen impul'som i energiei mezhdu plazmennoi komponentoi i atomami N, izobrazhen na ris. 4.

Ris. 3. Obshaya kartina obtekaniya solnechnogo vetra sverhzvukovym potokom mezhzvezdnogo gaza, sostoyashim iz plazmennoi komponenty (elektrony e i protony H⁺) i neitral'nyh atomov vodoroda N. Kak i na ris. 2, HP - geliopauza, a Solnce nahoditsya v nachale koordinat. Shtrihovoi liniei pokazana vozmozhnaya traektoriya atoma vodoroda.

Ris. 4. Kachestvennaya kartina, poyasnyayushaya fizicheskii process perezaryadki.

Model' vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi, uchityvayushaya konechnuyu stepen' ionizacii poslednei, postroena v [5] tol'ko v 1993 godu. Osnovnye fizicheskie rezul'taty modeli predstavleny v sleduyushem razdele.

Sovremennaya model' obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom

Eksperimenty po rasseyannomu solnechnomu izlucheniyu dokazali nalichie dvizheniya atomov N i Ne otnositel'no Solnca. Eto dvizhenie yavlyaetsya sverhzvukovym (ego skorost' okolo 25 km/s, temperatura okolo 10 000 K), a vektor skorosti lezhit pochti v ploskosti ekliptiki. Poslednee obstoyatel'stvo privodit k vyvodu, chto imeet mesto sobstvennoe dvizhenie mezhzvezdnogo gaza, to est' ego dvizhenie otnositel'no Solnechnoi sistemy ne yavlyaetsya tol'ko sledstviem dvizheniya zvezd otnositel'no drug druga, kak eto bylo predpolozheno v pervyh modelyah.

V nastoyashee vremya net somneniya, chto mezhzvezdnyi gaz yavlyaetsya chastichno ionizovannym. Pri etom dlya matematicheskogo opisaniya vzaimodeistviya plazmennoi komponenty mezhzvezdnoi sredy (elektronov i protonov) s solnechnym vetrom est' dostatochnye osnovaniya, chtoby ispol'zovat' gidrodinamicheskoe priblizhenie, to est' priblizhenie, osnovannoe na uravneniyah Eilera. Dlina zhe svobodnogo probega atomov N sravnima s razmerami geliosfery. Poetomu opisanie dvizheniya mezhzvezdnogo vodoroda na osnove gidrodinamicheskih predstavlenii ne budet korrektnym. V.B. Baranov i Yu.G. Malama [5] dlya kolichestvennogo opisaniya vzaimodeistviya solnechnogo vetra s lokal'noi mezhzvezdnoi sredoi primenili gidrodinamicheskii podhod dlya plazmennoi komponenty i metod Monte-Karlo dlya polucheniya srednih harakteristik potoka atomov vodoroda. Pri etom ispol'zovali uravneniya Eilera s "istochnikovymi" chlenami, otrazhayushimi dobavlenie k plazmennoi komponente impul'sa i energii vsledstvie processov perezaryadki protonov s atomami vodoroda. Eti istochnikovye chleny vychislyali putem razygryvaniya traektorii atomov N v pole gidrodinamicheskih parametrov plazmy, v pole sil solnechnoi gravitacii i solnechnogo radiacionnogo davleniya - metodom Monte-Karlo. Poslednii metod identichen primeneniyu kineticheskogo uravneniya Bol'cmana dlya opisaniya dvizheniya neitral'nyh atomov vodoroda. Zdes' sleduet otmetit', chto atomy geliya, dvizhushiesya iz mezhzvezdnoi sredy v Solnechnuyu sistemu, prakticheski ne vzaimodeistvuyut s plazmennoi komponentoi iz-za malogo effektivnogo secheniya perezaryadki s protonami. Kachestvennaya kartina voznikayushego techeniya pokazana na ris. 3.

Dlya polnogo resheniya zadachi bylo neobhodimo postavit' granichnye usloviya. V kachestve granichnyh uslovii ispol'zovali sootnosheniya Gyugonio na udarnyh volnah BS i TS, usloviya ravenstva nulyu normal'noi k NR komponenty skorosti plazmy i ravenstvo davlenii na etoi poverhnosti, a takzhe zadannye znacheniya parametrov solnechnogo vetra na orbite Zemli. V kachestve granichnogo usloviya dlya atomov vodoroda zadavalos' maksvellovskoe raspredelenie po skorostyam v mezhzvezdnoi srede. Gidrodinamicheskaya chast' zadachi reshalas' chislennym metodom, razrabotannym S.K. Godunovym. Pri etom rassmatrivalos' osesimmetrichnoe, stacionarnoe techenie, v kotorom os' simmetrii sovpadaet s napravleniem vektora skorosti mezhzvezdnogo gaza.

Na ris. 5 predstavlena geometricheskaya kartina techeniya, poluchennaya v rezul'tate chislennyh raschetov. Shtrihovymi liniyami izobrazhena kartina techeniya pri otsutstvii neitral'nyh atomov N v mezhzvezdnoi srede, v to vremya kak sploshnymi liniyami - golovnaya udarnaya volna BS, geliosfernaya udarnaya volna TS i geliopauza NR pri koncentracii atomov vodoroda v mezhzvezdnoi srede, ravnoi 0,14 chasticy v 1 sm³.

Ris. 5. Kolichestvennye rezul'taty raschetov osesimmetrichnoi modeli V.B. Baranova i Yu.G. Malamy [5] obtekaniya solnechnogo vetra sverhzvukovym potokom mezhzvezdnogo gaza. Shtrihovye linii otnosyatsya k raschetam bez ucheta processov perezaryadki (sm. ris. 4), sploshnye linii otnosyatsya k raschetam, uchityvayushim etot process. Vse oboznacheniya takie zhe, kak i na ris. 3, no v hvostovoi oblasti kartina techeniya uslozhnyaetsya nalichiem diska Maha (MD ), tangencial'nym razryvom (TD ) i otrazhennoi udarnoi volnoi (RS ) v troinoi tochke A.

Dlya plazmy prinimali sleduyushie znacheniya parametrov v mezhzvezdnoi srede (indeks $\infty$ ) i na orbite Zemli (indeks E):

$n_{E}(H^{+})$ = 7 sm^{- 3}, $V_{E}$ = 450 km/s, M_E = 10,

$n_{\infty}(H^{+}) = 7 \cdot 10^{-2}$ sm^{- 3}, $V_{\infty}$ = 25 km/s, M = 2.

Zdes' $n$ , $V$ i M - koncentraciya, skorost' i chislo Maha sootvetstvenno.

Na ris. 5 vidno, chto nalichie atomov vodoroda privodit k sushestvennomu izmeneniyu vsei kartiny techeniya. Vo-pervyh, processy perezaryadki privodyat k dovol'no sil'nomu umen'sheniyu razmerov geliosfery, pri kotorom vse skachki plazmennyh parametrov stanovyatsya dostupnymi pryamym izmereniyam pri pomoshi kosmicheskih apparatov. V chastnosti, geliosfernaya udarnaya volna okazyvaetsya na rasstoyanii primerno 100 a.e. Kak vidno iz ris. 1, kosmicheskie apparaty "Voyadzher-1", "Voyadzher-2" i "Mezhzvezdnyi zond" budut nahodit'sya na takih rasstoyaniyah v pervom desyatiletii sleduyushego stoletiya, i mozhno nadeyat'sya na ih pryamoe peresechenie geliosfernoi udarnoi volny. Koncentraciya protonov v lokal'noi mezhzvezdnoi srede yavlyaetsya ploho opredelyaemym parametrom v otlichie ot koncentracii atomov N, kotoraya dovol'no nadezhno izmeryaetsya pri pomoshi izmerenii rasseyannogo solnechnogo laiman-al'fa-izlucheniya. Poetomu protonnaya koncentraciya mozhet izmenyat'sya v dovol'no shirokih predelah. V chastnosti, uvelichenie znacheniya etogo parametra v mezhzvezdnoi srede privodit k eshe bol'shemu (po sravneniyu s predstavlennymi na ris. 5 rezul'tatami) umen'sheniyu razmerov geliosfery. Vo-vtoryh, nalichie processov perezaryadki kachestvenno menyaet techenie v hvoste geliosfery (imenno v etom napravlenii dvizhetsya kosmicheskii apparat "Pioner-10") i v oblasti mezhdu geliopauzoi i geliosfernoi udarnoi volnoi. V poslednei oblasti techenie stanovitsya polnost'yu dozvukovym iz-za razogreva plazmy vsledstvie processov perezaryadki (v sluchae otsutstviya atomov N na ris. 5 izobrazheny zvukovye linii, otdelyayushie dozvukovoe techenie v lobovoi chasti ot sverhzvukovogo v kryl'yah geliosfery). V hvostovoi zhe oblasti slozhnaya kartina techeniya, sostoyashaya iz diska Maha MD, tangencial'nogo razryva TD i otrazhennoi udarnoi volny RS v troinoi tochke A, zamenyaetsya gladkoi geliosfernoi udarnoi volnoi TS.

Dal'neishie raschety pokazali, chto pri umen'shenii koncentracii protonov v mezhzvezdnoi srede uvelichivaetsya kolichestvo atomov vodoroda, pronikayushih v solnechnyi veter iz mezhzvezdnoi sredy, to est' umen'shaetsya svoeobraznaya rol' "fil'tra", kotoruyu igraet oblast' mezhdu udarnoi volnoi BS i geliopauzoi HP (esli by zaryazhennye chasticy otsutstvovali v mezhzvezdnoi srede, to etot fil'tr ne mog by obrazovat'sya iz-za otsutstviya v etom sluchae geliopauzy i golovnoi udarnoi volny). Uvelichenie koncentracii atomov N mezhzvezdnoi sredy v solnechnom vetre privodit k uvelicheniyu tormozheniya poslednego eshe do geliosfernoi udarnoi volny. V sluchae esli koncentraciya protonov v lokal'noi srede okazhetsya dostatochno maloi, etot effekt mozhet byt' nablyudaem kosmicheskimi apparatami do peresecheniya imi geliosfernoi udarnoi volny.

Chtoby luchshe orientirovat'sya v real'noi vozmozhnosti peresecheniya kosmicheskimi apparatami poverhnostei sil'nyh razryvov parametrov plazmy (udarnyh voln BS, TS i geliopauzy NR ), my rasschitali ih polozhenie v "podvetrennoi" storone i vdol' osi simmetrii kak funkcii koncentracii protonov i atomov N v lokal'noi mezhzvezdnoi srede. Rezul'taty etih raschetov predstavleny na ris. 6.

Ris. 6. Rasstoyaniya do poverhnostei BS, TS i NR, izobrazhennyh na ris. 3 i 5, vdol' osi simmetrii i v "podvetrennom" napravlenii kak funkcii elektronnoi koncentracii v mezhzvezdnoi srede $n_{e\infty}$ pri koncentracii $n_{H\infty}$ = 0,14 sm^-3 atomov vodoroda v nei. Tochkami oboznacheny te zhe rasstoyaniya, no pri $n_{H\infty}$ = 0 i $n_{e\infty}$ = 0,07 sm^-3.

Nauchnaya programma eksperimental'nyh issledovanii geliosfery

Nauchnuyu programmu issledovaniya geliosfery i vliyanie na nee lokal'noi mezhzvezdnoi sredy mozhno uslovno razdelit' na dve chasti: pryamye izmereniya parametrov i kosvennye. K poslednim otnosyatsya, naprimer, upomyanutye vyshe izmereniya parametrov (skorosti, plotnosti i temperatury) neitral'nyh atomov vodoroda i geliya po izmereniyam rasseyannogo solnechnogo izlucheniya na dlinah voln 1216 i 584 A sootvetstvenno. Dlya pravil'nogo opredeleniya parametrov v takogo roda izmereniyah trebuetsya teoreticheskaya model', real'no opisyvayushaya rassmatrivaemyi fizicheskii ob'ekt (v dannom sluchae strukturu voznikayushego techeniya v rezul'tate vzaimodeistviya solnechnogo vetra s mezhzvezdnoi sredoi). Pri etom naibolee informativnymi dlya opredeleniya parametrov atomov N okazalis' eksperimenty, provodivshiesya na kosmicheskih apparatah "Prognoz-5" i "Prognoz-6" gruppoi V.G. Kurta v Rossii i gruppoi Zh. Berto i R. Lallemen vo Francii, poskol'ku pribor, izmeryavshii laiman-al'fa-rasseyanie, byl osnashen special'noi "kyuvetoi", pozvolyavshei opredelyat' ne tol'ko koncentraciyu, no i skorost' i temperaturu. Na apparatah "Voyadzher" i "Pioner" nadezhno izmeryaetsya tol'ko koncentraciya atomov vodoroda.

Asimmetriya kartiny obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnoi sredoi otnositel'no napravleniya nabegayushego potoka (sm. ris. 3 i 5) privodit k drugim kosvennym vozmozhnostyam opredeleniya formy i razmera geliosfery. Tak, naprimer, na kosmicheskih apparatah "Voyadzher" i "Pioner" sistematicheski nablyudaetsya izmenenie so vremenem (modulyaciya) harakteristik galakticheskih kosmicheskih luchei. Pri etom izmereniya na raznyh apparatah pozvolyayut opredelyat' (hotya i ochen' grubo) radial'nye, shirotnye i dolgotnye gradienty ih intensivnosti, kotorye mogut byt' razlichnymi v raznyh napravleniyah. Modulyaciya galakticheskih kosmicheskih luchei svyazyvaetsya s processami ih diffuzii v geliosfere, a nalichie geliosfernoi udarnoi volny yavlyaetsya vazhnym faktorom v izmenenii ih spektra i intensivnosti. Spektry i intensivnost' galakticheskih kosmicheskih luchei dolzhny sil'no razlichat'sya v golovnoi i hvostovoi chastyah geliosfery iz-za otmechennoi vyshe asimmetrii kartiny obtekaniya. V chastnosti, spektry kosmicheskih luchei, poluchaemye v nastoyashee vremya na apparatah "Voyadzher-1" i "Voyadzher-2", udalyayushihsya ot Solnca v storonu nabegayushego potoka mezhzvezdnoi sredy (v "podvetrennuyu" storonu), dolzhny otlichat'sya ot spektrov, poluchaemyh na apparate "Pioner-10", idushem v hvost geliosfery. Ocenki, provedennye na osnove takih izmerenii, dayut razmer oblasti sil'nogo izmeneniya fizicheskih harakteristik galakticheskih kosmicheskih luchei ot 50 a.e. i bolee, chto sootvetstvuet rasstoyaniyu do geliosfernoi udarnoi volny. Odnako eti ocenki sil'no zavisyat ot urovnya solnechnoi aktivnosti, spektra galakticheskih luchei v mezhzvezdnoi srede, kotoryi ploho izvesten, a takzhe ot prinyatoi modeli obtekaniya solnechnogo vetra mezhzvezdnym gazom.

Polety apparatov tipa "Voyadzher" i "Pioner" predostavlyayut unikal'nuyu vozmozhnost' pryamyh izmerenii parametrov plazmy, magnitnogo polya, kosmicheskih luchei i t.p. na ochen' bol'shih geliocentricheskih rasstoyaniyah v neskol'ko desyatkov i sot astronomicheskih edinic. V svyazi s etim stanovitsya osobenno aktual'noi problema postroeniya adekvatnoi gazodinamicheskoi modeli, pozvolyayushei, vo-pervyh, predskazyvat' rezul'taty budushih eksperimentov i, vo-vtoryh, pravil'no interpretirovat' uzhe poluchennye dannye. V chastnosti, pryamye izmereniya srednih parametrov plazmy i magnitnogo polya pri pomoshi apparatov "Voyadzher" i "Pioner" na rasstoyaniyah ot Solnca do 50 a.e. podtverdili osnovnye vyvody teorii solnechnogo vetra: ego skorost' nosit giperzvukovoi harakter i ne zavisit ot geliocentricheskogo rasstoyaniya, a plotnost' elektronov padaet obratno proporcional'no kvadratu rasstoyaniya ot Solnca. Okazalos', chto i mezhplanetnoe magnitnoe pole vedet sebya v polnom sootvetstvii s teoriei Parkera, soglasno kotoroi ono podchinyaetsya zakonu spirali Arhimeda. Soglasno nashei modeli vzaimodeistviya solnechnogo vetra s mezhzvezdnoi sredoi, eto sovpadenie vpolne estestvenno, poskol'ku vliyanie atomov vodoroda, pronikayushih v solnechnyi veter, vsledstvie effektov perezaryadki nesushestvenno na takih geliocentricheskih rasstoyaniyah.

Izmereniya parametrov mezhplanetnoi plazmy pri pomoshi kosmicheskih apparatov v techenie dlitel'nogo vremeni provodilis' pochti v ploskosti ekliptiki. Dlya izmereniya parametrov solnechnogo vetra vne ploskosti ekliptiki v oktyabre 1990 goda pod egidoi Evropeiskogo kosmicheskogo agentstva byl zapushen kosmicheskii apparat "Uliss". Na ris. 7 izobrazheny traektoriya etogo apparata i vremya prohozhdeniya harakternyh oblastei mezhplanetnogo kosmicheskogo prostranstva. Zdes' 1 - zapusk apparata "Uliss" (oktyabr' 1990 goda), 2 - orbita Zemli, 3 - moment vstrechi s Yupiterom (fevral' 1992 goda), 4 - prohozhdenie yuzhnoi polyarnoi oblasti okolo Solnca (mai-sentyabr' 1994 goda), 5 - prohozhdenie severnoi polyarnoi oblasti okolo Solnca (mai-sentyabr' 1995 goda), 6 - orbita Yupitera. Izmereniya parametrov plazmy i mezhplanetnogo magnitnogo polya vne ploskosti ekliptiki mogut dat' otvet na vazhnyi dlya gazodinamicheskoi teorii otvet na vopros o stepeni nesferichnosti solnechnogo vetra.

Ris. 7. Traektoriya kosmicheskogo apparata "Uliss", zapushennogo v oktyabre 1990 goda dlya issledovaniya mezhplanetnogo kosmicheskogo prostranstva vne ploskosti ekliptiki. Poyasneniya v tekste.

V zaklyuchenie hotelos' by otmetit', chto nalichie odnovremennyh izmerenii na raznesennyh v prostranstve kosmicheskih apparatah "Voyadzher-1", "Voyadzher-2", "Pioner-10", "Pioner-11" i "Uliss" daet unikal'nuyu vozmozhnost' opredeleniya (hotya i ochen' grubogo) prostranstvennoi struktury geliosfery.

Nekotorye problemy budushego razvitiya teorii

Sovremennye modeli vzaimodeistviya solnechnogo vetra s mezhzvezdnoi sredoi ne uchityvayut mnogih fizicheskih yavlenii, kotorye mogli by okazat' vliyanie na kolichestvennye rezul'taty. Tak, naprimer, naibolee prodvinutaya model', rassmotrennaya podrobno vyshe s uchetom odnogo iz samyh glavnyh effektov - effekta prisutstviya v mezhzvezdnoi srede neitral'nyh atomov vodoroda, ne prinimaet vo vnimanie vozmozhnot vliyanit mezhzvezdnogo magnitnogo polya. Hotelos' by ponyat' vliyanie anomal'noi komponenty kosmicheskih luchei na harakteristiki modeli (ocenki pokazyvayut, chto vliyanie galakticheskih kosmicheskih luchei nesushestvenno). Esli izmereniya na apparate "Uliss" pokazhut, chto techenie solnechnogo vetra v srednem sil'no otklonyaetsya ot sfericheski-simmetrichnogo, to neobhodimo budet razvivat' trehmernuyu model' ego vzaimodeistviya s mezhzvezdnoi sredoi. Nestacionarnye processy, proishodyashie na Solnce, privodyat k neobhodimosti razvivat' modeli, zavisyashie ot vremeni. Ochevidno, chto usovershenstvovaniya teoreticheskoi modeli sleduet delat' v tesnom kontakte s rezul'tatami eksperimentov, kotorye provodyatsya seichas i kotorye budut provodit'sya v blizhaishem budushem.

Literatura


[1]	Parker E.N. // Astrophys. J. 1961. V. 134. No 1.
[2]	Bertaux J.L., Blamont J.E. // Astronomy and Astrophysics. 1971. V. 11. No 2. P. 200; Thomas G.E., Krassa R.F. // Ibid. P. 218.
[3]	Baranov V.B., Krasnobaev K.V., Kulikovskii A.G. // Dokl. AN SSSR. 1970. T. 194. No 1. S. 4
[4]	Wallis M. // Nature. 1975. V. 254. No 5497.
[5]	Baranov V.B., Malama Yu.G. // J. Geophys. Res. 1993. V. 98. No A9.

Publikacii s klyuchevymi slovami: geliopauza - solnechnaya sistema - Solnechnyi veter - Mezhzvezdnaya sreda - geliosfera Publikacii so slovami: geliopauza - solnechnaya sistema - Solnechnyi veter - Mezhzvezdnaya sreda - geliosfera
Sm. takzhe: Semeinyi portret Solnechnoi sistemy Smotrya v storonu s solnechnogo zonda "Parker" Apollon-11: kak poimat' nemnogo Solnca Stranniki Zhestkaya posadka letayushei tarelki v pustyne Yuta Planety Solnechnoi sistemy: naklony i vrashenie Padenie shara v Solnechnoi sisteme Vse publikacii na tu zhe temu >>

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce