Гелиосферный токовый слой
Гелиосферный токовый слой , или межпланетный токовый слой , представляет собой поверхность, разделяющую области гелиосферы , где межпланетное магнитное поле и от него направлено в сторону Солнца . [1] Небольшой электрический ток с плотностью тока около 10 −10 Являюсь 2 течет внутри этой поверхности, образуя токовый слой, ограниченный этой поверхностью. [2] [3] [4] Солнца Форма токового слоя является результатом влияния вращающегося магнитного поля на плазму в межпланетной среде . [5] Толщина токового слоя составляет около 10 000 км (6 200 миль) вблизи орбиты Земли.
Характеристики [ править ]
Форма юбки балерины [ править ]
Когда Солнце вращается, его магнитное поле скручивается в архимедову спираль , распространяясь через Солнечную систему. Это явление часто называют спиралью Паркера , в честь Юджина Паркера. работы [6] предсказавшие структуру межпланетного магнитного поля.Спиральная природа магнитного поля гелиосферы была отмечена ранее Ханнесом Альфвеном , [7] на основе строения хвостов комет.
Влияние этого спиралевидного магнитного поля на межпланетную среду ( солнечный ветер ) создает самую большую структуру в Солнечной системе — гелиосферный токовый слой.Спиральное магнитное поле Паркера было разделено на две части токовым слоем . [8] математическая модель, впервые разработанная в начале 1970-х годов Шаттеном. Он принимает волнистую спиральную форму, напоминающую юбку балерины . [9] [10] Волнистость токового слоя обусловлена углом наклона оси диполя магнитного поля к оси вращения Солнца и отклонениями от идеального дипольного поля. [11]
В отличие от привычной формы поля стержневого магнита , расширенное поле Солнца скручивается в арифметическую спираль под магнитогидродинамическим влиянием солнечного ветра . Солнечный ветер распространяется от Солнца со скоростью 200-800 км/с, но отдельная струя солнечного ветра из определенного объекта на поверхности Солнца вращается вместе с вращением Солнца , образуя в пространстве спиральный узор. Причину этой спиралевидной формы балерины иногда называют «эффектом садового разбрызгивателя» или «эффектом садового шланга». [12] [13] потому что его сравнивают с разбрызгивателем газонов , форсунка которого движется вверх и вниз во время вращения; поток воды представляет собой солнечный ветер. Однако, в отличие от струи спринклера, солнечный ветер связан с магнитным полем за счет МГД- эффектов, так что силовые линии магнитного поля привязаны к материалу струи и принимают форму арифметической спирали.
Форма спирали Паркера солнечного ветра меняет форму магнитного поля Солнца во внешней Солнечной системе : за пределами примерно 10–20 астрономических единиц от Солнца магнитное поле имеет почти тороидальную форму (направленную вокруг экватора Солнца), а не полоидальный (направленный от северного к южному полюсу, как в стержневом магните) или радиальный (направленный наружу или внутрь, как можно было бы ожидать от потока солнечного ветра, если бы Солнце не вращалось). Спиральная форма также значительно усиливает силу солнечного магнитного поля во внешней Солнечной системе.
Спираль Паркера может быть ответственна за дифференциальное вращение Солнца , при котором полюса Солнца вращаются медленнее (период вращения около 35 дней), чем экватор (период вращения около 27 дней). Солнечный ветер направляется магнитным полем Солнца и, следовательно, в основном исходит из полярных областей Солнца; индуцированная спиральная форма поля вызывает момент сопротивления на полюсах из-за силы магнитного натяжения .
Во время солнечного максимума все магнитное поле Солнца переворачивается, таким образом меняя полярность поля в каждом солнечном цикле . [14]
Магнитное поле [ править ]
| Часть серии статей о |
| Гелиофизика |
|---|
 |
Гелиосферный токовый слой вращается вместе с Солнцем с периодом около 25 суток, за это время вершины и впадины юбки проходят через магнитосферу Земли, взаимодействуя с ней. Вблизи поверхности Солнца магнитное поле, создаваемое радиальным электрическим током в слое, имеет порядок 5 × 10 −6 Т. [2]
Магнитное поле на поверхности Солнца составляет около 10 −4 Т. Если бы поле имело форму магнитного диполя , то напряженность уменьшалась бы пропорционально кубу расстояния, в результате чего примерно 10 −11 Т на орбите Земли. Гелиосферный токовый слой приводит к появлению мультипольных компонентов более высокого порядка, так что фактическое магнитное поле на Земле, создаваемое Солнцем, в 100 раз больше.
Электрический ток [ править ]
Электрический ток в токовом слое гелиосферы имеет радиальную составляющую (направленную внутрь), а также азимутальную составляющую, при этом радиальная цепь замыкается внешними токами, выровненными по магнитному полю Солнца в полярных областях Солнца. Радиальный ток в цепи порядка 3 × 10 9 амперы . [2] По сравнению с другими астрофизическими электрическими токами токи Биркеланда на Земле, , питающие полярное сияние примерно в тысячу раз слабее и составляют миллион ампер. Максимальная плотность тока в листе порядка 10 −10 Являюсь 2 ( 10 −4 А/км 2 ).
История [ править ]
Гелиосферный токовый слой был открыт Джоном М. Уилкоксом и Норманом Ф. Нессом , опубликовавшими свои открытия в 1965 году. [15] Ханнес Альфвен и Пер Карлквист предполагают существование галактического токового слоя , аналога гелиосферного токового слоя, с оценкой галактического тока в 10 17 до 10 19 ампер, которые могут течь в плоскости симметрии галактики. [16]
Ссылки [ править ]
- ^ « Гелиосферный ток » Смит, Э.Дж., Журнал геофизических исследований 106, A8, 15819, 2001.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Израилевич П.Л. и др. , « МГД-моделирование трехмерной структуры токового слоя гелиосферы. Архивировано 23 марта 2017 г. в Wayback Machine » (2001) Астрономия и астрофизика , т.376, стр.288–291.
- ↑ Звезда с двумя северными полюсами. Архивировано 18 июля 2009 г. в Wayback Machine , 22 апреля 2003 г., Science @ NASA.
- ^ Райли, Пит; Линкер, Дж.А.; Микич, З., « Моделирование гелиосферного токового слоя: вариации солнечного цикла », (2002) Журнал геофизических исследований (космическая физика), том 107, выпуск A7, стр. SSH 8-1, CiteID 1136, DOI 10.1029/2001JA000299. ( Полный текст заархивирован 14 августа 2009 г. в Wayback Machine )
- ^ «Художественная концепция гелиосферного токового слоя» . Архивировано из оригинала 1 сентября 2006 года . Проверено 20 ноября 2005 г.
{{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка ) - ^ Паркер, Э.Н., « Динамика межпланетного газа и магнитных полей », (1958) Astrophysical Journal , vol. 128, стр.664
- ^ « К теории кометных хвостов », Х. Альфвен, Теллус 9, 92, 1957.
- ^ « Магнитная модель токового слоя солнечной короны », К. Х. Шаттен, Космическая электродинамика, 2, 232–245, 1971.
- ^ Розенберг, Р.Л. и П.Дж. Коулман-младший, Зависимость доминирующей полярности межпланетного магнитного поля от гелиографической широты, J. Geophys. Рез. , 74 (24), 5611–5622, 1969.
- ^ Уилкокс, Дж. М.; Шеррер, PH; Хоксема, Дж.Т., « Происхождение искривленного гелиосферного токового слоя » (1980).
- ^ Оуэнс, MJ; Форсайт, Р.Дж. (2013). «Гелиосферное магнитное поле» . Живые обзоры по солнечной физике . 10 (1): 11. arXiv : 1002.2934 . Бибкод : 2013LRSP...10....5O . дои : 10.12942/lrsp-2013-5 . S2CID 122870891 .
- ^ Луиза К. Харра, Кейт О. Мейсон, Космическая наука , 2004 г., Imperial College Press, ISBN 1-86094-361-6
- ^ Смит, Э., « Солнце, солнечный ветер и магнитное поле, архивированные 5 февраля 2008 г. в Wayback Machine », июль 1999 г., Труды Международной школы физики Энрико ФЕРМИ Варенна, Италия
- ^ Барбье, Бет. «Космикопия НАСА – Солнце – Магнитное поле Солнца» . Архивировано из оригинала 2 декабря 1998 г.
- ^ Уилкокс, Джон М.; Несс, Норман Ф. (1965). «Квазистационарная коротирующая структура в межпланетной среде». Журнал геофизических исследований . 70 (23): 5793–5805. Бибкод : 1965JGR....70.5793W . дои : 10.1029/JZ070i023p05793 . hdl : 2060/19660001924 . S2CID 121122792 .
- ^ Альфвен, Ханнес; Карлквист, Пер (1978). «Межзвездные облака и образование звезд» . Астрофизика и космическая наука . 55 (2): 487–509. Бибкод : 1978Ap&SS..55..487A . дои : 10.1007/bf00642272 . S2CID 122687137 .
