Шапшаң жел
Ғарыштық сәулелер және олардың Жерге дейінгі жолы
Ғарыштық сәулелер Жерге жеткенге дейін күрделі жұлдызаралық және планетааралық ортадан өтеді. Жерде бір секунд ішінде тіркелетін ғарыштық сәулелер саны мен олардың қасиеттері бөлшектердің магнит өрістерімен өзара әрекеттесуіне тәуелді.
Күннің айнымалы магнит өрісі мен Күн желі ғарыштық сәулелердің гелиосфера арқылы таралуын баяулатып, олардың уақыт бойынша өзгерісін қалыптастырады. Бұл өзгерістер бірнеше сағаттан бастап мыңдаған жылдарға дейінгі ауқымда байқалуы мүмкін.
Негізгі ұғымдар
- Күн желі — Күн тәжінен барлық бағытта кеңейетін ыстық плазма ағыны.
- Гелиосфера — Күн желі үстем болатын кеңістік, ол ғарыштық сәулелердің таралуын модуляциялайды.
- Планетааралық магнит өрісі — Күн желімен бірге «тасымалданатын» магнит өрісі, бөлшектер траекториясын бұрады.
Күн желі: жылдам және баяу ағындар
Күн желі — Күн тәжінен шамамен 300–1000 км/с жылдамдықпен шығатын ыстық плазма. Өтпелі оқиғалар кезінде оның параметрлері күрт өзгеруі мүмкін.
Қалыпты жағдайда Күн желі екі негізгі құрамға бөлінеді: жылдам және баяу ағын. Жылдам жел көбіне тәж тесіктерінен шығып, ал баяу жел тәждің басқа аймақтарынан, әсіресе тұтылу фотосуреттерінен белгілі ірі құрылымдар — тәждік стримерлер маңынан таралады.
Құрамы
Күн желі негізінен зарядталған бөлшектерден тұрады: протондар, электрондар, аз мөлшерде (шамамен 5%) иондалған гелий және бірнеше ауыр элементтердің иондары.
Тәжде сондай-ақ кіші масштабты динамика байқалады: плазма ағындары, магнит өрісінің соққылары мен ұйытқулары. Мұндай тербелістердің маңызды түрі — Альфвен толқындары. Олар планетааралық ортаның жалпы динамикасына үлес қосады.
Геометриясы: стримерлер және тәж тесіктері
Тәждің суреттері (коронаграф арқылы немесе толық Күн тұтылуы кезінде) екі типтік құрылымды айқын көрсетеді:
- Ірі масштабты стримерлер — көбіне баяу күн желімен байланысты.
- Тәж тесіктері — жылдам жел шығатын аймақтар.
Магнит өрісі, гелиосфералық ток қабаты және Паркер спиралі
Күн желі Күннің магнит өрісімен бірге Күн жүйесіне қарай ағады. Күнге жақын жерде магнит өрісі күшті болғанымен, белгілі бір қашықтықтан кейін ыстық плазма магнит өрісін «ілестіріп», күш сызықтарын сыртқа қарай алып шығады.
Экватор маңында магнит өрісінің күш сызықтары қарама-қарсы бағыттарға ауысады. Осындай күрт өзгеріс электр тогының бар екенін білдіреді. Қарама-қарсы бағытталған магнит полюстерінің арасындағы жіңішке қабат гелиосфералық ток қабаты деп аталады. Ол идеал «жазық бет» емес, өйткені тәж симметриялы емес.
Күш сызықтары планетааралық кеңістікке созылғанымен, Күннің айналуына байланысты бұралып отырады. Бұл құбылысты бақша шашыратқышынан ұшқан су тамшыларының айналмалы траекториясымен салыстыруға болады: айналу траекторияны иіп жібереді. Жоғарыдан қарағанда магнит өрісінің сызықтары Архимед спираліне ұқсайды — бұл Паркер спиралі. Юджин Паркер 1958 жылы Күн желін магнит өрісімен біріктіретін гидродинамикалық модельді алғаш ұсынды.
Неліктен бұл маңызды?
Күнде үдетілген зарядталған бөлшектер жоғары энергиямен планетааралық кеңістікке лақтырылады және көбіне магнит өрісі бойымен қозғалады. Егер бөлшектер Паркер спиралі бойымен таралса, онда Күннің батыс жартышарында пайда болған оқиғалар Жерде тіркелуі ықтимал.
Нейтрондық мониторлардың ұзақ мерзімді бақылаулары бұл күтуді статистикалық тұрғыдан растайды: энергетикалық бөлшектермен байланысты жарқыраулардың таралуында батыс бойлықтарда максимум байқалады. Дегенмен, Күннің шығыс жартышарынан немесе Күннің арғы бетінен болған оқиғалар қарапайым орташа конфигурацияға ғана сүйенуге болмайтынын көрсетеді — әрбір жағдайдың өзіндік магниттік геометриясы бар.
Жер маңындағы Күн желінің типтік параметрлері
| Параметр | Жылдам жел | Баяу жел |
|---|---|---|
| Жылдамдық | 500–800 км/с | 250–400 км/с |
| Тығыздық | 3×106 м−3 | 10×106 м−3 |
| Протон температурасы | 2×105 K | 4×104 K |
| Электрон температурасы | 1.2×105 K | 1.5×105 K |
| Магнит өрісі | 2–10 nT | 2–10 nT |
Магнит өрісі кернеулігінің өлшем бірлігі: 1 nT (наноТесла) = 10−9 Тесла. Протон мен электрон температураларының әртүрлі болуы сұйытылған газдың (плазманың) қасиеттеріне сай келеді.
Ғарыштық сәулелердің Күн желімен өзара әсері
Ғарыштық сәулелер гелиосфераға Күн желімен өзара әсерлесе отырып енеді. Энергиясы өте жоғары зарядталған бөлшектер Күн желі арқылы айтарлықтай кедергісіз өтеді. Ал энергиясы салыстырмалы түрде төмен ғарыштық сәулелер (мысалы, бірнеше ондаған ГэВ шамасында) бұл әсерді анық сезінеді.
Орта өте сұйытылған болғандықтан, ғарыштық сәуле бөлшектері мен Күн желі бөлшектерінің «тура соқтығысуы» сирек. Негізгі ықпал магнит өрісінің өзгерісі арқылы білінеді: ол төмен энергиялы бөлшектер траекториясын түзу сызықтан айтарлықтай ауытқытады. Сонымен қатар Күн желімен таралатын магниттік бұзылулар ғаламдық ғарыштық сәулелерді шашыратады.
11 жылдық цикл және ғарыштық сәулелер ағыны
Магниттік бұзылулардың деңгейі Күн белсенділігінің 11 жылдық циклімен байланысты. Күн белсенділігі көбіне дақтар саны арқылы сипатталады. Ұзақ мерзімді нейтрондық монитор бақылаулары маңызды заңдылықты көрсетеді:
- Күн дақтарының саны артқанда, ғаламдық ғарыштық сәулелер ағыны әдетте төмендейді.
- Ал белсенділік төмендегенде, ғарыштық сәулелер ағыны салыстырмалы түрде өседі.
Радиацияның технологияға және тірі жүйелерге әсері
Радиация электроникаға, технологиялық құрылғыларға және тірі ағзалардың жасушаларына әсер етеді. Радиация деп электромагниттік сәулеленуді (фотондарды), бейтарап нейтрондарды және электр зарядталған энергетикалық бөлшектерді (электрондар, протондар, гелий иондары — альфа-бөлшектер, сондай-ақ кез келген химиялық элементтердің иондары — ауыр иондар) түсінеміз.
Радиация атмосфера құрамын өзгертуі мүмкін. Әсіресе иондалу авиацияға маңызды әсер етеді, өйткені ол электромагниттік толқындардың таралу шарттарын айқындайды.
Күн жүйесінің басқа бөліктерінен келетін ғарыштық сәулелердің үздіксіз ағыны, өтпелі ағындар және Күннен шыққан бөлшектер ағындары қалың атмосфера мен Жердің магнит өрісі болмаса, технологияға да, адам өміріне де елеулі қауіп төндірер еді. Сондықтан ғарыш райының құбылмалы жағдайлары — өзгермелі радиациялық тәуекелдің негізгі көзі.
Бұл мәтін ғылыми-танымдық сипатта өңделді: терминдер біріздендірілді, грамматика түзетілді, мазмұн құрылымдалды.