Солнечный ветер: пособие по теме «Плазма» школьного курса физики

Для людей самый чудовищный взрыв на Земле – это взрыв атомной бомбы. Но для Земли в целом – это всего лишь булавочный укол на теле слона. В то же время размер протуберанца – в десятки раз больше размеров Земли. Вспышки протуберанцев – это самые страшные катастрофы в солнечной системе.

Как уже говорилось, протуберанцы, как и само Солнце, состоят из плазмы. Рассмотрим в следующем разделе, что это такое.

Что такое плазма?

Плазма – это «четвертое состояние вещества». Первое состояние – твердое, второе – жидкое, третье – газ. Первые три состояния хорошо известны. Например, вода может быть твердой – это лед. Может быть «обычной», жидкой. И может быть паром, то есть «водяным газом». Плазма отличается от газа тем, что легко проводит электрический ток. Этим свойством плазма похожа на металл, например, медь.

Рис.5.

Как получить плазму? Плазма – это раскаленный газ, который находится, например, внутри молнии, рис.5. Плазма молнии проводит очень сильный электрический ток, который течет из тучи на землю. Пары воды внутри канала молнии также превращаются в плазму. Резкий нагрев воздуха, окружающего молнию, создает оглушительный гром.

Более спокойную и совершенно беззвучную плазму можно увидеть в неоновых трубках уличной рекламы, рис.6, или на плазменном экране телевизора. Цвет свечения зависит от газа, заполняющего трубку. Неон дает оранжевый цвет, криптон – синий и т.д.

Рис.6.

Солнечный ветер создается плазмой, оторвавшейся от протуберанцев и распространяющейся в межпланетном пространстве. Поскольку Солнце состоит в основном из водорода, то его плазма представляет продукт ионизации водорода, то есть смесь отдельных электронов и протонов (их свойства изучаются в 11-м классе). Помимо протуберанцев, ветер создается также и другими «взрывами» на поверхности Солнца, например, его короной, пятнами и другими элементами солнечной поверхности. Основным механизмом, создающим солнечный ветер, служит явление электромагнитной индукции, которое рассматривается в разделе «электродинамика» курса общей физики. Подробное его осуждение выходит за рамки настоящей брошюры.

Как увидеть солнечный ветер?

При движении в вакууме космоса частицы солнечного ветра невидимы для человеческого глаза. Никто в телескоп не видел никогда солнечный ветер. Но, оказывается, существуют его различные реальные проявления, показывающие наличие этой странной субстанции. Самое первое из них – «развевающиеся» хвосты комет.

Кометы состоят из замороженной воды, различных газов и космической пыли. При испарении воды под действием Солнца возникает хвост кометы, который можно хорошо видеть, если комета пролетает вблизи Земли. На рис.7 представлено подобное фото кометы «iSON», сделанное в 2012 году. Более дальние кометы наблюдают с помощью телескопов. Солнечный ветер отбрасывает эти пары, давит на них. Как это проверить?

Замечательное свойство хвоста кометы состоит в том, что хвост всегда направлен в сторону, противоположную Солнцу. Поэтому при подлете к Солнцу ее хвост направлен «назад», а при движении от Солнца – «вперед» по направлению движения. Если бы не было солнечного ветра, хвост кометы на рис.7 превратился бы в облако округлой формы.

Рис.7.

Второе важное проявление солнечного ветра – полярные сияния, рис.8. Они светятся так же, как и неоновая реклама.

Рис.8.

Сияния располагаются в атмосфере Земли на высоте, превышающей 60 км, то есть в десятки раз выше самых высоких гор и трасс самолетов. Они захватывают пространства до 1000 км. Свечение атмосферы появляется благодаря тому, что частицы солнечного ветра (электроны и протоны) врезаются в молекулы атмосферы Земли, в частности, кислород и азот, и заставляют их светиться.

Полярные сияния наблюдаются в основном над полюсами Земли, северным и южным. Это происходит из-за того, что магнитное поле Земли отталкивает солнечный ветер, а на крайнем севере и юге Земли магнитное поле ослабевает, поэтому ветер пробивается сквозь атмосферу и заставляет ее светиться. Более подробное описание действия магнитного поля на солнечный ветер и на полярные сияния требует знаний электродинамики и выходит за рамки настоящей брошюры.

Действие солнечного ветра

Сила солнечного ветра меняется в зависимости от состояния Солнца. Если на Солнце возникают «бури», ветер «усиливается». При этом он может создавать перебои в радиосвязи и интернете. Он вызывает в атмосфере Земли магнитные колебания, которые вредно действуют на здоровье старых людей. Из-за него иногда болит голова, происходят перебои в работе сердечно-сосудистой системы. Поэтому состояние магнитного поля всегда сообщается в сводках погоды.

Нас предупреждают о вспышках на Солнце и говорят, что они опасны для здоровья. Но гораздо опаснее для людей возможные массовые аварии электростанций, которые произойдут в случае удара сверхмощной магнитной бури.