Η ηλιόσφαιρα. Κεφάλαιο 6

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Η ηλιόσφαιρα. Κεφάλαιο 6"

ÍΕρρίκος Παπαδάκης
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Κεφάλαιο 6 Η ηλιόσφαιρα 285

2 Η ΗΛΙΟΣΦΑΙΡΑ Ο Ήλιος κατέχει το 99,87% της συνολικής µάζας του ηλιακού συστήµατος. Ως σώµα κυριαρχεί βαρυτικά στον χώρο του και το µαγνητικό του πεδίο απλώνεται πολύ µακριά. Με τον τρόπο αυτό, ο Ήλιος επηρεάζει την κίνηση όλων των σωµάτων που βρίσκονται µέσα στον χώρο του. Το µαγνητικό πεδίο του Ήλιου αποτελείται από τρεις συνιστώσες: Από κλειστούς µαγνητικούς βρόχους, που είτε βρίσκονται πάνω από κηλίδες του ίδιου κέντρου δράσης, είτε προέρχονται από την επανασύνδεση µαγνητικών δυνα- µικών γραµµών διαφορετικών κέντρων δράσης, στο ύψος του ηλιακού ισηµερινού. Οι κλειστοί µαγνητικοί βρόχοι εντοπίζονται σε κοντινές στον Ήλιο αποστάσεις, αφού πρόκειται για µαγνητικά πολύπολα που αλληλοαναιρούνται σχετικά κοντά στην ηλιακή επιφάνεια σε απόσταση δύο ηλιακών ακτίνων περίπου και έτσι δεν επηρεάζουν τη διαµόρφωση του γενικού µαγνητικού πεδίου του Ήλιου, που απλώνεται σε πιο µακρινή απόσταση. Από τις δυναµικές γραµµές του πρωταρχικού διπολικού µαγνητικού πεδίου του Ήλιου, οι οποίες απλώνονται πολύ µακριά, καλύπτοντας τον διαπλανητικό χώρο. Κλειστοί µαγνητικοί βρόγχοι πάνω από τις κηλίδες στα κέντρα δράσης ΙΣΗΜΕΡΙΝΟΣ πρωταρχικό ασθενές µαγνητικό πεδίο (διπολικό) Βρόχοι που προέρχονται από επανασυνδεδεµένες µαγνητικές δυναµικές γραµµές, ακριβώς πάνω από τον ισηµερινό Από τις ανοιχτές µαγνητικές δυναµικές γραµµές, οι οποίες προέρχονται, κυρίως, από τις στεµµατικές οπές στους πόλους του Ήλιου, αλλά και από τα κέντρα δράσης που βρίσκονται περίπου στο ύψος του ισηµερινού του, όπως βλέπουµε στην εικόνα της επόµενης σελίδας. 286

Το µαγνητικό πεδίο του Ήλιου αποτελείται από τρεις συνιστώσες: Από κλειστούς µαγνητικούς βρόχους, που είτε βρίσκονται πάνω από κηλίδες του ίδιου κέντρου δράσης, είτε προέρχονται από την επανασύνδεση

3 Ανοιχτές δυναµικές γραµµές πάνω από τους ηλιακούς πόλους στις στεµµατικές οπές. Ανοιχτές δυναµικές γραµµές πάνω από τις κηλίδες στα κέντρα δράσης. Από την ατµόσφαιρα του Ήλιου, εκπορεύεται µε υψηλή ταχύτητα, ακτινικά προς τα έξω, ένα ηλιακό ρευστό πλάσµα, ο ηλιακός άνεµος, που αποτελείται από φορτισµένα σωµατίδια, τα οποία ταξιδεύουν πολύ πιο έξω και από τον τελευταίο γνωστό πλανήτη. Όπως ήδη έχουµε δει (βλέπε: σελ. 157), στον διαπλανητικό χώρο, η πυκνότητα ενέργειας αυτού του πλάσµατος είναι µεγαλύτερη από την πυκνότητα ενέργειας του µαγνητικού πεδίου (κατάσταση frozen in), δηλαδή το πλάσµα κυριαρχεί. Αυτό σηµαίνει, ότι οι ανοιχτές µαγνητικές δυναµικές γραµµές βρίσκονται παγωµένες µέσα του και µεταφέρονται µαζί του στο διάστηµα, ενώ συνεχίζουν να παραµένουν στο άλλο άκρο τους συνδεδεµένες µε την ηλιακή επιφάνεια. Επειδή όµως ο Ήλιος περιστρέφεται, οι ανοιχτές µαγνητικές δυναµικές γραµ- µές, που εντοπίζονται στο ύψος του ισηµερινού του, ακολουθούν, και καθώς τυλίγονται γύρω του, δηµιουργούν σε αυτό το ύψος έναν σπειροειδή σχηµατισµό, σαν αυτό που βλέπουµε στην παρακάτω εικόνα (δεξιά εικόνα). ΗΛΙΟΣ ΗΛΙΟΣ ΓΗ µαγνητικό πεδίο διπολικό µαγνητικό πεδίο Τότε, καθώς το πλάσµα κατευθύνεται, όπως είπαµε, ακτινικά προς τα έξω, µεταβάλλει τον σπειροειδή αυτόν σχηµατισµό. ηλαδή, «ανοίγει» τις σπείρες, λιγότερο ή περισσότερο, ανάλογα µε την ενέργεια που µεταφέρει. Με τον τρόπο αυτόν, προκύπτει συνολικά στο επίπεδο του ισηµερινού του Ήλιου δηλαδή στο σχεδόν επίπεδο της εκλειπτικής ένας νέος σπειροειδής σχηµατισµός γνωστός ως «σπείρες του Αρχιµήδη». 287 µαγνητικές δυναµικές γραµµές ηλιακός άνεµος

έξω και από τον τελευταίο γνωστό πλανήτη. Όπως ήδη έχουµε δει (βλέπε: σελ.

4 Εικ. 6.1 Ο ηλιακός άνεµος επεκτείνεται έξω από τα όρια του τελευταίου γνωστού πλανήτη Στην επόµενη εικόνα φαίνεται ο σχηµατισµός των σπειρών του Αρχιµήδη, όπου οι σπείρες είναι πιο κλειστές ή πιο ανοιχτές ανάλογα µε την ενέργεια που µεταφέρει ο ηλιακός άνεµος. Με παρόµοιο τρόπο, οι ανοιχτές µαγνητικές δυναµικές γραµµές, που εξέρχονται από τους πόλους, ακολουθούν και αυτές την περιστροφή του Ήλιου και µε τη συµβολή του ηλιακού ανέµου διαγράφουν ακολουθώντας, τώρα, ελικοειδή πορεία δύο κώνους ανεστραµµένους, την «έλικα του Αρχιµήδη». έλικα του Αρχιµήδη Εικ. 6.2 ιαµόρφωση των σπειρών του Αρχιµήδη στον αργό ηλιακό άνεµο (αριστερά) και στα ταχέα ρεύµατα ηλιακού ανέµου (δεξιά): Normal F. Ness: The Interplanetary Medium, Introduction To Space Science, Wilmot Ν. Hess and Gilbert D. Mead, 1965, σελ σπείρες του Αρχιµήδη Εικ. 6.3 Οι ανοιχτές µαγνητικές δυναµικές γραµµές του Ήλιου δηµιουργούν κατά την περιστροφή του στους πόλους του δύο κώνους ανεστραµµένους. Εικ. 6.4 Οι ανοιχτές µαγνητικές δυναµικές γραµµές του Ήλιου δηµιουργούν κατά την περιστροφή του στο ύψος του ισηµερινού του τις σπείρες του Αρχιµήδη. 288

ανάλογα µε την ενέργεια που µεταφέρει ο ηλιακός άνεµος.

5 Οι κλειστές δυναµικές γραµµές του γενικού πεδίου του Ήλιου πρωταρχικό διπολικό µαγνητικό πεδίο επειδή κλείνουν πολύ µακριά από τον Ήλιο, πολύ πιο έξω από τα όρια και του τελευταίου γνωστού πλανήτη, µπορούν να θεωρηθούν και αυτές ότι συµπεριφέρονται όπως οι ανοιχτές δυναµικές γραµµές. Εποµένως, σχηµατίζουν και αυτές κώνους ανεστραµµένους που έχουν την κορυφή τους στον Ήλιο. ρευµατικές γραµµές µαγνητικές δυναµικές γραµµές Εικ. 6.5 Οι δυναµικές γραµµές του Ήλιου καθώς αυτός περιστρέφεται δη- µιουργούν γύρω του σπειροειδείς στον ισηµερινό ή ελικοειδείς σχηµατισµούς που ονοµάζονται σπείρες ή έλικα του Αρχιµήδη αντίστοιχα. Τελικά, οι δύο αυτές συνιστώσες του µαγνητικού πεδίου του Ήλιου οι ανοιχτές και οι κλειστές δυναµικές γραµµές του διπολικού πεδίου, εξαιτίας της περιστροφής του Ήλιου και µε τη συµβολή του ηλιακού ανέµου, δηµιουργούν τη µαγνητόσφαιρα του Ήλιου, γνωστή µε το όνοµα ηλιόσφαιρα. Η ηλιόσφαιρα α- πλώνεται σε απόσταση 100 έως 1000 αστρονοµικών µονάδων από αυτόν (όπου 1A.U. = µέση απόσταση Γης -Ήλιου), και είναι αυτή που φαίνεται στην επόµενη εικόνα. Τα όριά της εντοπίζονται στο σηµείο όπου αυτή συναντά το διαστρικό αέριο και το αναχαιτίζει το οποίο, µε τον τρόπο αυτό, συµβάλλει στη διαµόρφωση του σχήµατος της. Το όριο αυτό ονοµάζεται ηλιόπαυση (Heliopause). 289

ρευµατικές γραµµές µαγνητικές δυναµικές γραµµές Εικ. 6.

6 Η µορφή και η έκταση της ηλιόσφαιρας δεν είναι πάντοτε ίδιες, αλλά µεταβάλλονται κατά τη διάρκεια του ενδεκαετούς κύκλου, αφού µεταβάλλεται η µορφή του µαγνητικού πεδίου του Ήλιου και η ένταση του ηλιακού ανέµου. Πρόσφατα αποτελέσµατα ερευνών τείνουν να συνηγορήσουν υπέρ της άποψης, ότι η ηλιόσφαιρα αποτρέπει ένα µεγάλο ποσοστό κοσµικών ακτίνων από το να εισχωρήσουν στο ηλιακό µας σύστηµα, προστατεύοντας κατά ένα µεγάλο µέρος τους πλανήτες, που βάλλονται διαρκώς από αυτές. Επειδή, όµως, µεταβάλλεται το σχήµα της αλλά και η ένταση των δυναµικών γραµµών της, ανάλογα µε την περίοδο του ενδεκαετούς κύκλου του Ήλιου που διανύουµε, οι πλανήτες δέχονται κάθε φορά διαφορετική ποσότητα κοσµικής ακτινοβολίας. ΙΑΣΤΡΙΚΟ ή ΜΕΣΟΑΣΤΡΙΚΟ ΑΕΡΙΟ Ηλιακός άνεµος Ηλιόπαυση 100 Α.U 1000 Α.U Εικ. 6.6 Η ηλιόσφαιρα «δέχεται» το µέτωπο του κρουστικού κύµατος του διαστρικού αερίου και απωθεί τις κοσµικές ακτίνες που προέρχονται από το µεσοαστρικό χώρο, προστατεύοντας το πλανητικό µας σύστηµα. Η «µαγνητόσφαιρα» του Ήλιου απλώνεται σε απόσταση που κυµαίνεται από 100 Α.U. στα πλαϊνά έως και 1000 A.U. περίπου στην ουρά. Στην επόµενη σελίδα έχουµε µια αριθµητική προσοµοίωση, όπου βλέπουµε σε τρισδιάστατη απεικόνιση πώς διαµορφώνεται ο χώρος της ηλιόσφαιρας σε σχετικά κοντινή απόσταση από τον Ήλιο καθώς ο Ήλιος περιστρέφεται. Στο κεντρικό τµήµα του σχηµατισµού, διακρίνουµε µια επιφάνεια (µε ανοιχτό γκρι χρώµα), η 290

Πρόσφατα αποτελέσµατα ερευνών τείνουν να συνηγορήσουν υπέρ της άποψης, ότι η ηλιόσφαιρα αποτρέπει ένα µεγάλο ποσοστό κοσµικών ακτίνων από το να εισχωρήσουν στο ηλιακό µας σύστηµα, προστατεύοντας κατά

7 οποία σηµατοδοτεί την περιοχή όπου αλλάζει η πολικότητα των µαγνητικών δυναµικών γραµµών στο εξωτερικό τµήµα του µαγνητικού πεδίου του Ήλιου. Η επιφάνεια αυτή συνιστά ένα φύλλο ρεύµατος, λόγω του διαχωρισµού των φορτίων που παρουσιάζεται εκατέρωθεν αυτής, και είναι γνωστή ως ουδέτερη επιφάνεια (heliospheric current sheet). Εικ. 6.7 Οι δυναµικές γραµµές του µαγνητικού πεδίου του Ήλιου που διαµορφώνουν τον χώρο της ηλιόσφαιρας, σε τρισδιάστατη αριθµητική προσοµοίωση από το SAIC's STEREO modeling website (επισκεφθείτε αυτόν τον δικτυακό τόπο για να τη δείτε σε κίνηση). Η ουδέτερη επιφάνεια παρουσιάζει κυµατισµούς, όπως φαίνεται στην παραπάνω προσοµοίωση, ενώ όσο ταξιδεύουµε στον διαπλανητικό χώρο, αποµακρυνόµενοι από τον Ήλιο, η διακύµανση αυτή µεγαλώνει. Στην επόµενη σελίδα βλέπουµε πως διαµορφώνεται αυτή η επιφάνεια στον διαπλανητικό χώρο. 291

7 Οι δυναµικές γραµµές του µαγνητικού πεδίου του Ήλιου που διαµορφώνουν τον χώρο της ηλιόσφαιρας, σε τρισδιάστατη αριθµητική προσοµοίωση από το SAIC's STEREO modeling website http://shadow.adnc.

8 292

Σχετικά έγγραφα

ΤΟ ΠΛΑΝΗΤΙΚΟ ΜΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ

ΤΟ ΠΛΑΝΗΤΙΚΟ ΜΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑ Το ηλιακό ή πλανητικό μας σύστημα αποτελείται από: τον Ήλιο, που συγκεντρώνει το 99,87% της συνολικής μάζας του, τους 9 μεγάλους πλανήτες, που συγκεντρώνουν το υπόλοιπο 0,1299