Простыми словами: что такое солнечный ветер?

Почему Солнце теряет вещество

Внешняя оболочка Солнца, корона, разогрета до температур выше миллиона градусов. При такой энергии частицы плазмы движутся настолько быстро, что солнечная гравитация уже не может удержать их полностью. Часть вещества уходит наружу и непрерывно разлетается в космос. Этот поток и называют солнечным ветром.

Долгое время его существование оставалось гипотезой. В 1958 году американский физик Юджин Паркер рассчитал, что горячая солнечная корона должна постоянно расширяться в межпланетное пространство. Уже в 1959 году советская станция «Луна-1» зарегистрировала поток заряженных частиц за пределами магнитного поля Земли, а в 1962 году аппарат NASA Mariner 2 окончательно подтвердил существование солнечного ветра во время полёта к Венере.

Как движется солнечный ветер

Солнечный ветер расходится от Солнца во все стороны, но движется не везде с одинаковой скоростью. Обычно выделяют два основных типа.

Медленный солнечный ветер движется примерно со скоростью около 300–500 км/с. Его часто связывают с областями около солнечного экватора и структурами над корональными стримерами.

Быстрый солнечный ветер разгоняется примерно до 500–800 км/с и обычно выходит из корональных дыр. Это тёмные области в солнечной короне с открытыми магнитными линиями, по которым плазме легче уходить в межпланетное пространство.

Во время корональных выбросов массы, или CME, Солнце выбрасывает в космос огромные облака плазмы и магнитного поля. Такие выбросы могут уносить миллиарды тонн вещества, а их скорость варьируется от менее 250 км/с до почти 3000 км/с. Поэтому значение выше 1000 км/с для мощного выброса вполне реально.

Вместе с частицами в межпланетное пространство уходит и магнитное поле Солнца. Из-за вращения звезды оно не вытягивается прямыми линиями, а закручивается в спираль. Эту форму называют спиралью Паркера.

В итоге Солнечная система оказывается внутри огромной области, заполненной солнечным ветром. Её называют гелиосферой. Внешняя граница этой области, гелиопауза, находится далеко за орбитой Плутона, примерно на расстоянии около 120 астрономических единиц от Солнца, хотя точное положение зависит от направления и состояния солнечной активности. «Вояджер-1» пересёк гелиопаузу в 2012 году, а «Вояджер-2» в 2018 году. Это первые рукотворные аппараты, вышедшие в межзвёздное пространство.

Что происходит возле Земли

Землю от солнечного ветра защищает собственное магнитное поле, магнитосфера. Она работает как невидимый щит: отклоняет большую часть заряженных частиц и не даёт им напрямую добраться до поверхности. Без такой защиты атмосфера планеты была бы куда уязвимее для солнечного ветра. Считается, что потеря глобального магнитного поля стала одной из причин, по которым Марс со временем лишился значительной части своей атмосферы.

Но полностью остановить солнечный ветер магнитосфера не может. Часть частиц попадает в окрестности Земли и направляется вдоль магнитных линий к полярным областям. Там, на высоте примерно 100–300 километров, они сталкиваются с атомами и молекулами кислорода и азота. Эти частицы передают им энергию, а затем атмосфера отдаёт её обратно в виде света. Так возникают полярные сияния.

Когда Солнце особенно активно, поток частиц и магнитного поля усиливается, и у Земли начинаются магнитные бури. Они могут мешать работе спутников, ухудшать GPS и другую спутниковую навигацию, нарушать коротковолновую радиосвязь и создавать дополнительную нагрузку на электросети. Самый известный пример произошёл в 1989 году, когда сильная геомагнитная буря оставила без электричества канадский Квебек примерно на девять часов.

Для спутников на низких орбитах такие события тоже опасны. Во время сильных бурь верхние слои атмосферы нагреваются и расширяются, сопротивление растёт, а аппараты быстрее теряют высоту. Для космонавтов повышенная солнечная активность означает рост радиационной нагрузки, поэтому за космической погодой постоянно следят и на Земле, и на орбите.

Почему изучение солнечного ветра важно

Солнечный ветер это не только красивые полярные сияния. Это часть космической погоды, от которой зависят связь, спутниковая навигация, работа электросетей, полёты авиации на полярных маршрутах и безопасность космонавтов. Поэтому крупные космические агентства внимательно следят за Солнцем и отправляют к нему специальные аппараты.

Один из главных таких аппаратов, Parker Solar Probe NASA. Он подошёл к Солнцу ближе любого другого рукотворного объекта: на расстояние около 6,2 млн км от его поверхности. Зонд проходит через внешнюю атмосферу Солнца, корону, и измеряет плазму, частицы и магнитные поля там, где формируется солнечный ветер.

Европейский Solar Orbiter наблюдает Солнце с близкого расстояния и помогает связать снимки короны с измерениями солнечного ветра. А миссия Proba-3, запущенная ESA, уже дала неожиданный результат: в труднодоступной для наблюдений внутренней короне сгустки медленного солнечного ветра двигались примерно в 3–5 раз быстрее, чем ожидали модели. Это важная подсказка к тому, как именно солнечная плазма разгоняется и превращается в поток, который потом проходит через всю Солнечную систему.