Гелиофизика

На этом изображении представлены различные длины волн света, излучаемого Солнцем.

Гелиофизика (от приставки « гелио », от аттического греческого hḗlios , что означает Солнце, и существительного « физика »: наука о материи и энергии и их взаимодействиях) — физика Солнца и его связи с Солнечной системой . НАСА определяет гелиофизика как «(1) всеобъемлющий новый термин для науки о связи Солнца и Солнечной системы, (2) исследование, открытие и понимание космической среды Земли и (3) системная наука, которая объединяет все связанные явления. в области космоса, находящейся под влиянием такой звезды, как наше Солнце ».

Гелиофизика шире, чем физика Солнца , которая изучает само Солнце, включая его внутреннюю часть, атмосферу и магнитные поля. Он концентрируется на воздействии Солнца на Землю и другие тела Солнечной системы, а также на меняющихся условиях в космосе. В первую очередь это касается магнитосферы , ионосферы , термосферы , мезосферы и верхних слоев атмосферы Земли и других планет . Гелиофизика объединяет науку о Солнце, короне , гелиосфере и геопространстве и охватывает широкий спектр астрономических явлений, включая « космические лучи и ускорение частиц , космическую погоду и радиацию , пыль и магнитное пересоединение , выработку ядерной энергии и внутреннюю солнечную динамику, солнечную активность и звездные магнитные поля , аэрономия и космическая плазма , магнитные поля и глобальные изменения », а также взаимодействие Солнечной системы с Галактикой Млечный Путь .

История и этимология

Термин «гелиофизика» ( рус . гелиофизика ) широко использовался в русскоязычной научной литературе . Третье издание Большой Советской Энциклопедии (1969—1978) определяет «Гелиофизику» как «[…] раздел астрофизики , изучающий физику Солнца ». В 1990 году Высшая аттестационная комиссия , ответственная за высшие ученые степени в Советском Союзе , а затем в России и бывшем Советском Союзе , учредила новую специальность «Гелиофизика и физика Солнечной системы». В англоязычной научной литературе примерно до 2002 года термин «гелиофизика» время от времени использовался для описания изучения «физики Солнца». По сути, это был прямой перевод французского «гелиофизика» и русского «гелиофизика». Примерно в 2002 году Джозеф М. Давила и Барбара Дж. Томпсон НАСА из Центра космических полетов имени Годдарда приняли этот термин при подготовке к тому, что стало известно как Международный гелиофизический год (2007–2008), спустя 50 лет после Международного геофизического года ; приняв этот термин для этой цели, они расширили его значение, включив в него всю область влияния Солнца (гелиосферу ) . один из первых сторонников нового расширенного значения, Джордж Сиско, дал следующую характеристику:

«Гелиофизика [охватывает] науку об окружающей среде, уникальный гибрид метеорологии и астрофизики , включающий в себя массу данных и набор парадигм (общих законов – возможно, по большей части еще не открытых), специфичных для намагниченной плазмы и нейтралов в гелиосфере, взаимодействующих друг с другом и с гравитационными объектами. тела и их атмосферы».

Примерно в 2007 году Ричарду Р. Фишеру , тогдашнему директору отдела связей между Солнцем и Землей Управления научных миссий НАСА , администратор НАСА предложил придумать краткое новое название для своего подразделения, которое «лучше заканчивалось бы словом «физика»». . Он предложил « Отдел гелиофизики », который использовался с тех пор. Научный отдел гелиофизики использует термин «гелиофизика» для обозначения изучения гелиосферы и объектов, которые с ней взаимодействуют, в первую очередь планетарных атмосфер и магнитосфер, солнечной короны и межзвездной среды .

Гелиофизические исследования напрямую связаны с более широкой сетью физических процессов, которые естественным образом расширяют сферу их применения за пределы более узкого взгляда НАСА, ограничивающего их Солнечной системой: гелиофизика простирается от физики Солнца до физики звезд в целом и включает в себя несколько разделов ядерной физики , физики плазмы . , физика космоса и физика магнитосферы . Наука гелиофизика лежит в основе изучения космической погоды , а также непосредственно участвует в понимании обитаемости планет .

Фон

Солнце — активная звезда , а Земля расположена внутри ее атмосферы , поэтому существует динамическое взаимодействие. Свет Солнца влияет на всю жизнь и процессы на Земле; это поставщик энергии, который обеспечивает и поддерживает жизнь на Земле. Однако Солнце также производит потоки частиц высокой энергии, известные как солнечный ветер , и радиацию, которая может нанести вред жизни или изменить ее эволюцию. Под защитным щитом магнитного поля Земли и ее атмосферы Землю можно рассматривать как остров во Вселенной, где жизнь развивалась и процветала.

Изучается переплетенная реакция Земли и гелиосферы , поскольку планета погружена в эту невидимую среду. Над защитным коконом нижних слоев атмосферы Земли находится плазменный суп, состоящий из наэлектризованной и намагниченной материи, переплетенной проникающей радиацией и энергетическими частицами. Современные технологии чувствительны к экстремальным явлениям космической погоды — серьёзным возмущениям верхних слоев атмосферы и околоземного космического пространства, вызванным магнитной активностью Солнца. Сильные электрические токи, возникающие на поверхности Земли во время полярных сияний, могут нарушить работу и повредить современные электроэнергетические сети и способствовать коррозии нефте- и газопроводов.

Программа исследований гелиофизики

Текущие и будущие миссии обсерватории Гелиофизической системы в приблизительных регионах исследования.

Были разработаны методы, позволяющие заглянуть во внутреннюю работу Солнца и понять, как магнитосфера Земли реагирует на солнечную активность . Дальнейшие исследования связаны с изучением всей системы сложных взаимодействий, характеризующих взаимоотношения Солнца с Солнечной системой .

Существуют три основные цели, определяющие исследования, рассчитанные на несколько десятилетий:

• Понять изменяющийся поток энергии и материи на Солнце, в гелиосфере и планетарной среде.
• Изучить фундаментальные физические процессы в космических плазменных системах.
• Определить причины и социальные последствия изменчивости в системе Земля-Солнце.

гелиосфера

Плазма и встроенные в нее магнитные поля влияют на формирование и эволюцию планет и планетных систем. Гелиосфера защищает Солнечную систему от галактического космического излучения. Земля защищена своим магнитным полем , защищающим ее от солнечного излучения и излучения космических частиц, а также от эрозии атмосферы солнечным ветром . Планеты без экранирующего магнитного поля, такие как Марс и Венера , подвергаются этим процессам и развиваются по-другому. На Земле магнитное поле меняет силу и конфигурацию во время случайной смены полярности, изменяя защиту планеты от внешних источников излучения.

Магнитосферы

Определить изменения в магнитосфере, ионосфере и верхних слоях атмосферы Земли , чтобы обеспечить спецификацию, прогнозирование и смягчение их последствий. Гелиофизика стремится глубже понять реакцию околоземных областей плазмы на космическую погоду . Эта сложная, сильно связанная система защищает Землю от сильнейших солнечных возмущений, одновременно перераспределяя энергию и массу повсюду.

См. также

• НАСА Отдел гелиофизики
• Список гелиофизических миссий
  • Солнечный зонд Паркер
  • Солнечный орбитальный корабль
  • Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO)
  • Обсерватория солнечной динамики (SDO)
  • СТЕРЕО
  • Улисс (космический корабль)
• Аэрономия
• Расширенный обозреватель композиций (ACE)
• ВЕТЕР (космический корабль)
• Магнитосферная многомасштабная миссия (MMS)
• Кластер II (космический корабль) (Кластер II)

Внешние ссылки

• НАСА гелиофизика
• Гелиофизическая интегрированная обсерватория
• Видео НАСА: Понимание Солнца - Программа гелиофизики
• Видео НАСА: Введение в гелиофизику
• Видео Американского геофизического союза: Гелиофизика и погода в космосе
• Принципы гелиофизики: учебник Карела Шрийвера и др. по универсальным процессам, лежащим в основе обитаемости планет.
• Учебники НАСА по гелиофизике
• Летние школы, финансируемые НАСА