«Межпланетная среда»

вещество, заполняющее пространство между планетами Солнечной системы. В понятие М. с. не включают внешние атмосферы планет (водородные протяжённые короны), кометы и их остатки, ближайшие к Солнцу части солнечной короны, космические лучи, в том числе солнечного происхождения. М. с. тесно связана с наблюдаемым явлением зодиакального света (См. Зодиакальный свет) и F- и К-компонентами солнечной короны. М. с. может быть разделена на газообразную (нейтральную и ионизованную) и твёрдую (пылевую) компоненты.

До 50-х годов 20 века предполагалось, что Солнечная система заполнена стационарным газом с равновесной ионизацией. Позже была разработана динамическая теория, согласно которой газовая компонента М. с. состоит из расширяющегося вещества солнечной короны, несущего «вмороженное», то есть увлекаемое веществом, магнитное поле. Впервые к этому выводу привёл анализ формы кометных хвостов, всегда направленных в сторону, противоположную Солнцу. Математически теория расширяющейся солнечной короны была развита в 1958. Был введён ныне широко используемый термин Солнечный ветер, под которым подразумевается постоянный, хотя и сильно меняющийся поток солнечной корональной плазмы, ускоряющийся вблизи от Солнца и выметающий стационарный газ внутри Солнечной системы.

С конца 50-х годов начались систематические экспериментальные исследования М. с. с помощью аппаратуры, устанавливаемой на искусственных спутниках Земли и космических зондах (межпланетных автоматических станциях), запускаемых к Луне и планетам Солнечной системы. Исследования проводятся в основном с помощью плазменных зондов, магнитных и электростатических анализаторов и магнитометров высокой чувствительности, что позволило изучить энергетический, массовый и зарядный спектры частиц солнечного ветра, микро- и макроструктуру топографии магнитного поля между орбитами Венеры и Марса, а также проследить изменения этих величин со временем и в зависимости от активности Солнца.

Распределение скоростей и плотности солнечного ветра плодотворно исследуется методами радиолокации солнечной короны с помощью больших наземных радиолокаторов. Обычно в спокойное время вблизи Земли поток протонов солнечного ветра равен 3·10⁷—3·10⁸ частиц/см²·сек в пределах ±5° от направления на Солнце при средней скорости потока 350—450 км/сек и энергии 1 кэв. В периоды повышенной солнечной активности поток частиц возрастает до 10⁹—10¹⁰ частиц/см²·сек, а скорость до 1000 км/секи выше. Электронная компонента солнечного ветра обладает почти изотропным угловым распределением при средней энергии электронов 15 эв. Солнечный ветер несёт вмороженное магнитное поле, напряжённость которого составляет 3—5 гамм (1 гамма = 10^-5 эрстед). Установлен секторный характер магнитного поля в Солнечной системе, связанный со сменой полярности поля в больших масштабах, причём число секторов изменяется от 3 до 6. Обтекание солнечным ветром земного магнитного поля приводит к появлению феномена радиационных поясов Земли (См. Радиационные пояса Земли) и целому комплексу сложных эффектов в магнитосфере, полярным сияниям, магнитным бурям и т. д. При этом на освещенной половине Земли образуется на расстоянии 10—15 земных радиусов стационарный фронт ударной волны.

Помимо ионизованной компоненты, М. с. включает в себя и атомы нейтрального водорода, наблюдаемые с космических аппаратов по резонансному рассеянию солнечного излучения в линии L_α с длиной волны λ 1215,7 Å. При этих наблюдениях было обнаружено движение всей Солнечной системы со скоростью около 20 км/секпо отношению к межзвёздному нейтральному водороду. Взаимодействие с ним солнечного ветра приводит к образованию ударной бесстолкновительной волны на расстоянии орбиты Юпитера в направлении, удалённом на 40° от апекса движения Солнца относительно центроида ближайших звёзд (см. Галактика). На фронте этой волны направленная скорость протонов солнечного ветра преобразуется в хаотическую тепловую скорость, соответствующую температуре 3·(10⁶—10⁷) К. Нейтральные атомы водорода образуют в свою очередь две компоненты — горячую и холодную. Горячая компонента возникает на фронте ударной волны в результате перезарядки протонов солнечного ветра и нейтральных атомов межзвёздной среды. При скорости 100—200 км/сек такие атомы пронизывают Солнечную систему за время порядка 0,1 года, не успевая ионизоваться солнечным ультрафиолетовым излучением и оставаясь нейтральными. Плотность этой компоненты слабо зависит от расстояния от Солнца. Холодная компонента образуется под воздействием сил тяготения Солнца на атомы межзвёздной среды. Плотность этих атомов резко падает по мере приближения к Солнцу. На расстоянии Земли плотность нейтральных атомов 10^-2—10^-3 атомов в см³.

Из неисследованных вопросов строения М. с. основными являются механизм ускорения плазмы солнечного ветра вблизи Солнца, распределение плотности и температуры вне плоскости эклиптики, поведение солнечного ветра вблизи фронта ударной волны и на периферии Солнечной системы.

Пылевая компонента М. с. исследуется как астрономическими способами (оптические наблюдения F-компоненты Солнечной короны, оптические и радиолокационные наблюдения метеоров), так и с помощью пьезодатчиков и датчиков других типов, установленных на искусственных спутниках Земли и космических зондах. Эта компонента является результатом дробления астероидов и комет; возможно, она сохранилась со времени образования Солнечной системы из газопылевого облака (см. Метеорное вещество в межпланетном пространстве).

Исследования, выполненные в 60—70-х годах 20 века, показали, что прежние оценки метеорной опасности при межпланетных и орбитальных полётах были завышены на 2—3 порядка: в частности, не подтвердилось предположение о существовании пылевого облака вокруг Земли. Задачи в области исследования пылевой компоненты М. с. сводятся к получению спектров размеров и масс, скоростей пылевых частиц в зависимости от расстояния от Солнца и плоскости эклиптики, а в дальнейшем и вне её.

Лит.: Паркер Е. Н., Динамические процессы в межпланетной среде, перевод с английского, М., 1965; Солнечный ветер. Сборник статей, перевод с английского, М., 1968.

В. Г. Курт.

МЕЖПЛАНЕТНАЯ СРЕДА - вещество, заполняющее пространство между планетами Солнечной системы: заряженные частицы солнечного ветра; пыль; молекулы нейтрального водорода; частицы (молекулы, ионы) газов, улетучивающиеся из атмосфер планет. Плотность межпланетной среды вблизи Земли -10-24 г/см³.

МЕЖПЛАНЕТНАЯ СРЕДА, плазма, нейтральный газ, пыль, космические лучи и магнитные поля, заполняющие околосолнечное пространство. Основной компонент межпланетной среды - солнечный ветер. Источниками нейтрального газа (концентрация >60 тыс. частиц в 1 м3) являются межзвездная среда, планеты и их спутники, кометы и межпланетная пыль. Межпланетная пыль сосредоточена в плоскости планетных орбит, основным источником ее являются, по-видимому, кометы (массы пылинок от 10-17 до 10-5 г, суммарная масса ~10-8 массы Земли).

МЕЖПЛАНЕТНАЯ СРЕДА

- плазма, нейтральный газ, пыль, ускоренные частицы и магн. поля, заполняющие околосолнечное пространство. Осн. компонентом M. с. является солнечный ветер- сверхзвуковой поток плазмы, возникающий в солнечной короне. Область, заполненная солнечным ветром, наз. гелиосферой (рис.). Положение границы гелиосферы (гелио-паузы) определяется балансом динамич. давлений солнечного ветра и межзвёздной среды, где и T- плотность, концентрация и темп-pa межзвёздного ионизов. вещества, В- величина межзвёздного магн. поля в окрестности Солнца, V₂ - скорость Солнца относительно межзвёздной среды (вклад теплового и магн. давления в полное давление солнечного ветра пренебрежимо мал). Согласно оценкам, расстояние до границы гелиосферы в направлении вектора V₂ составляет 50 -100 а. е. Скорость Солнца относительно межзвёздной среды составляет 22-25 км/с. T. к. поток солнечного ветра и поток межзвёздного ионизов. вещества относительно Солнца являются сверхзвуковыми, в области их взаимодействия должны образоваться две ударные волны и оболочка разогретой растекающейся плазмы. Протяжённость гелиосферы и форму её границы с противоположной стороны трудно оценить, т. к. характер процессов в области взаимодействия недостаточно ясен. Нек-рые исследователи считают, что в направлении антиапекса (см. Апекс )гелиосфера может простираться до ~1000 а. е.

Схема гелиосферы: 1- Солнце; 2 - область солнечного ветра; 3 - граница гелиосферы (ударная волна); 4 - граница, разделяющая поток плазмы солнечного происхождения и поток межпланетной плазмы (контактный разрыв); 5 - ударная волна в межзвёздной плазме; 6 - поток межзвёздной плазмы (в системе координат, связанной с Солнцем). Стрелками показано направление течения плазмы, широкая стрелка указывает направление движения Солнца относительно межзвёздной среды.

Осн. источник нейтрального газа в M. с.- межзвёздный газ, свободно проникающий через гелиопаузу. Плотность нейтрального водорода оценивается в гелия Эти данные получены в результате анализа измерений интенсивности резонансного оассеяння излучения Солнца в линиях на атомах водорода и гелия соответственно. Траектории нейтральных атомов водорода вблизи Солнца определяются балансом сил гравитац. притяжения и радиац. отталкивания. В период минимума солнечной активности преобладает притяжение атомов водорода, в период максимума - отталкивание. В результате атомы водорода (в период минимума активности) и атомы гелия, для к-рых притяжение Солнца преобладает всегда, фокусируются на линии антиапекса, образуя нейтральный хвост. Так, для гелия возрастание концентрации в результате фокусировки достигает раз на расстоянии 10 а. е. в направлении антиапекса. Большинство атомов водорода не долетает в ближайшие к Солнцу области из-за сильной ионизации солнечным излучением: уже до орбиты Земли доходит < 10% нейтральных атомов водорода. Размер области ионизации гелия значительно меньше 1 а. е. Ещё один источник нейтральных атомов в M. с.- планеты, их спутники, кометы и межпланетная пыль. Быстрые нейтральные атомы образуются при перезарядке ионов солнечного ветра на нейтральных атомах.

Пылевой компонент межзвёздной среды (видимый с Земли как зодиакальный свет )концентрируется в плоскости эклиптики (см. Координаты астрономические). Помимо анализа данных о зодиакальном свете, источниками наших знаний о межпланетной пыли являются изучение микрократеров на частицах лунного грунта, доставленного на Землю, регистрация ударов пылинок на космич. аппаратах и сбор пыли на больших (~ 100 км) высотах с помощью ракет. Распределение лунных микрократеров по размерам даёт сведения о спектре масс и плотности межпланетной пыли и показывает существование как рыхлых (плотность 1 г/см ³), так и обычных пылинок, массы к-рых находятся в диапазоне 10^-17 -10^-3 г. Полная масса пыли в Солнечной системе (согласно оценкам) составляет 10¹⁹-10²⁰ г. Собранные с помощью ракет образцы пыли выявили существование рыхлых частиц - агломератов из очень маленьких (< 0,1 мкм) пылинок (частицы Браунли). Большинство исследователей считает, что осн. источник межпланетной пыли - кометы. Недавние измерения пыли кометы Гал-лея па космич. аппаратах "Вега" и "Джотто" показали наличие широкого спектра масс пылинок (от 10^-17 по 10 ^-5 г) и, по-видимому, существование рыхлых 1 г/см ³) частиц. По измерениям на спутнике IKAS обнаружены пылевые следы комет, простирающиеся вдоль их орбит на десятки млн. км в обе стороны от ядра.

Ещё один компонент M. с.- энергичные заряж. частицы галактич. и солнечного происхождения. Галак-тич. космические лучи с энергией больше 10 МэВ/нук-лон диффундируют из межзвёздной среды в область расширяющегося замагниченного солнечного ветра. Скорость их диффузии определяется их жёсткостью, структурой межпланетного магн. поля и скоростью солнечного ветра. С изменением солнечной активности меняются скорость диффузии и интенсивность космич. лучей с энергией <3*10³ МэВ/нуклон в Солнечной системе. Частицы большей энергии не подвержены влиянию солнечной активности. Солнечные энергичные заряж. частицы (солнечные космич. лучи) с энергиями обычно генерируются во время солнечных вспышек и в магн. ловушках активных областей. После вспышек они распространяются как вдоль силовых линий межпланетного поля, так и поперёк в результате диффузии на его неоднородностях. Из активных областей происходит утечка энергичных частиц с образованием рекуррентных потоков вдоль силовых линий межпланетного магн. поля. Энергичные частицы генерируются также на фронтах межпланетных ударных волн, как распространяющихся от Солнца по солнечному ветру, так и стоящих в солнечном ветре перед препятствиями - планетами.

Лит.: Акасофу С. И., Чепмен С., Солнечно-земная физика, пер. с англ., M., 1975. О. Л. Вайсберг.