Межпланетная среда

Источник статьи: Большая российская энциклопедия

МЕЖПЛАНЕ́ТНАЯ СРЕДА́ – вещество и физического поля, заполняющие пространство между планетами и другими телами Солнечной системы. Межпланетная среда простирается от солнечной короны до границ гелиосферы и включает солнечный ветер, межпланетное магнитное поле, космические лучи, нейтральный газ, межпланетную пыль и электромагнитное излучение.

Солнечный ветер состоит из электронов, протонов, α-частиц и других ионов солнечного происхождения, а также так называемых захваченных ионов, образующихся из нейтрального компонента межпланетной среды при её взаимодействии с излучением. На орбите Земли средняя концентрация частиц солнечного ветра составляет около 8 см^–3. Взаимодействие солнечного ветра с планетами и телами Солнечной системы определяет положение и состояние их внешних плазменных оболочек (так называемую космическую погоду).

Магнитное поле солнечной короны «вморожено» в плазму (см. Космическая магнитогидродинамика) и уносится солнечным ветром, образуя межпланетное магнитное поле, напряжённость которого на орбите Земли колеблется в пределах 10^–3–10^–1 А/м, максимальные значения регистрируются в корональных выбросах массы. Вращение Солнца приводит к тому, что силовые линии магнитного поля в стационарном солнечном ветре приобретают форму спирали. Вблизи плоскости эклиптики наблюдается гелиосферный токовый слой, разделяющий поля противоположной направленности. Этот слой имеет форму гофры, поэтому космические аппараты регистрируют секторную структуру магнитного поля: межпланетное магнитное поле в каждом секторе имеет одно и то же направление, а в соседних секторах – разное. За один оборот Солнца регистрируют 2, 4, реже 6 подобных секторов. В стационарном солнечном ветре вблизи солнечного экватора практически отсутствует компонент магнитного поля, направленный перпендикулярно плоскости эклиптики. Поэтому такой солнечный ветер мало влияет на космическую погоду, все сильные возмущения магнитосферы Земли вызываются нестационарными типами солнечного ветра. В корональных выбросах массы силовые линии магнитного поля скручены и имеют вид жгута, один или оба конца которого соединены с Солнцем. В области, движущейся перед быстрым потоком солнечного ветра или выбросом корональной массы, исходное магнитное поле сжимается и деформируется при взаимодействии различных структур солнечного ветра.

Космические лучи (солнечного либо галактического происхождения), входящие в состав межпланетной среды, имеют высокую энергию, но низкую концентрацию частиц, поэтому они не оказывают влияния на локальное состояние плазмы солнечного ветра и магнитного поля. Однако вблизи границ гелиосферы, где концентрация частиц солнечного ветра сильно падает, космические лучи играют важную роль в процессах взаимодействия межпланетной среды и межзвёздной среды. В состав солнечных космических лучей входят протоны с энергией до нескольких сотен МэВ и электроны с энергией до нескольких десятков кэВ (в редких случаях – до нескольких МэВ). Галактические космические лучи рождаются за пределами гелиосферы и представляют собой полностью ионизованные ядра различных элементов с энергией 10⁸–10²⁰ эВ. Эти лучи рассеиваются на неоднородностях межпланетного магнитного поля; их интенсивность, как правило, уменьшается при приближении к центру Солнечной системы (снижаясь особенно сильно при высокой активности Солнца). До орбиты Земли доходят только частицы наиболее высокой энергии (более нескольких сотен МэВ). Вблизи планет (особенно Юпитера и Сатурна) наблюдаются потоки частиц высокой энергии, возникающие у границ и внутри магнитосфер планет. Интенсивность этих потоков зависит от условий на планетах и часто изменяется с периодом вращения планет.

Гелиосфера движется через локальное межзвёздное облако, которое, согласно косвенным наблюдениям, представляет собой частично ионизованную межзвёздную среду с концентрацией частиц 0,2 см^–3 и температурой около 10⁴ К. Нейтральный компонент этого облака беспрепятственно проникает внутрь гелиосферы и достигает области вблизи Солнца. Здесь происходит его эффективная ионизация при взаимодействии с солнечным излучением, а также изменение заряда частиц при взаимодействии с солнечным ветром и солнечными космическими лучами. Незначительная часть нейтрального компонента межпланетной среды образована атомами, покинувшими планеты и другие тела Солнечной системы.

Пылевой компонент межпланетной среды состоит в основном из заряженных частиц размером 10^–9–10^–6 м. Эти частицы образуют плазменно-пылевую среду (так называемую пылевую плазму). Более крупные частицы не могут рассматриваться как часть сплошной среды – они ведут себя как «частицы в плазме». Пылевой компонент межпланетной среды заполняет гелиосферу крайне неравномерно и сосредоточен в основном вблизи плоскости эклиптики в центральной части Солнечной системы. Распределение пылевого компонента в пространстве сильно зависит от размера пылинок: частицы размером 10^–5 м наблюдаются на расстоянии 0,05 а. е. от Солнца в области, ограниченной гелиографическими широтами ±30°, частицы размером менее 10^–6 м – вплоть до полярных гелиографических широт. На расстояниях более 3 а. е. от Солнца пылевой компонент практически не наблюдается. Основным источником пыли в межпланетной среде являются ядра комет и астероиды; наиболее мелкие частицы пыли под действием эффекта Пойнтинга – Робертсона приближаются к Солнцу и приобретают электрический заряд. Вблизи Солнца из-за высокой температуры происходит сублимация вещества с поверхности частицы пыли и, соответственно, уменьшение её размера. Пылевой компонент межпланетной среды создаёт такие эффекты, как [math]\displaystyle{ F }[/math]-компонента солнечной короны и зодиакальный свет.

Межпланетное пространство заполнено электромагнитным излучением, в основном солнечного происхождения. Это излучение играет существенную роль в формировании и динамике захваченных ионов, нейтрального и пылевого компонентов межпланетной среды, а также является источником вторичного излучения, которое позволяет получать экспериментальные данные о межпланетной среде. Более слабые потоки электромагнитных волн, входящих в состав межпланетной среды, генерируют планеты Солнечной системы, границы гелиосферы и др.

Литература статьи Новой астрологической энциклопедии

• Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов. М., 1980.
• Плазменная гелиогеофизика: В 2 т. / Под ред. Л. М. Зеленого, И. С. Веселовского. М., 2008.