الفلك

الرياح الشمسية ورياح الأرض ورياح الكواكب؟

الرياح الشمسية ورياح الأرض ورياح الكواكب؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

في فبراير 2021 ، تم الإعلان عن شكل جديد من "نسيم الغاز المكهرب" ، راجع مدونة توني فيليبس بعنوان شكل جديد لطقس الفضاء: رياح الأرض والتي قد تكون تفسيرًا محتملاً لآثار المياه على القمر:

"رياح الأرض" تأتي من محاور كوكبنا. كل يوم ، 24/7 ، تنطلق نوافير الغاز إلى الفضاء من القطبين. يعد التسرب ضئيلًا مقارنةً بالغلاف الجوي للأرض ، لكنه يكفي لملء الغلاف المغناطيسي بشغب من الجسيمات المشحونة التي تهب بسرعة. تشمل المكونات الهيدروجين المتأين والهيليوم والأكسجين والنيتروجين.

مرة واحدة في الشهر ، يضرب القمر هبوب رياح أرضية. يحدث ذلك في وقت قريب من اكتمال القمر عندما يشير الذيل المغناطيسي للأرض مثل بندقية باتجاه القرص القمري.

أظن أن جميع الكواكب ذات الغلاف الجوي يجب أن تعرض هذا النوع من رياح الكواكب (حتى بدون وجود مجال مغناطيسي قوي) ، لكنني متأكد من أنه لم يُطلق عليها مطلقًا ريح الزهرة أو رياح المشتري لأن ذلك يشير بشكل طبيعي إلى العمليات في غضون الغلاف الجوي للكوكب repsective. هل يعرف أحد (منشورات) حول موضوع نفاثات الغاز المتقطعة من الكواكب الشمسية ذات الغلاف الجوي؟ ما هو ترتيب الحجم الذي سيكون له مثل هذا التدفق للجسيمات لكوكب الزهرة أو كوكب المشتري؟

مراجع

  • H. Z. Wang وآخرون.: رياح الأرض كمصدر خارجي محتمل لترطيب سطح القمر 2021 ApJL 907 L32
  • لماذا لم تفقد الزهرة غلافها الجوي بدون مجال مغناطيسي؟
  • لماذا لم تجرد الرياح الشمسية الغلاف الجوي لكوكب الزهرة؟

من خلال الاطلاع على الأدبيات ، الورقة التي كتبها وانج وآخرون. 2021 يقتبس ، أنا على يقين من أن مصطلح "رياح الأرض" يجب أن يكون اختراعًا حديثًا ، ربما من قبل هؤلاء المؤلفين أنفسهم.

ومع ذلك فمن الصحيح أن نطلق على الرياح الشمسية اسم "ريح". هذا لأن الرياح عبارة عن حركة جماعية مدفوعة بالضغط لغاز متقارن بشكل جماعي. الرياح الشمسية ، في قاعدتها مدفوعة بتدرجات الضغط الهائلة عبر الهالة الشمسية الساخنة البالغة مليون كلفن.
في حين أن الغلاف الجوي الأساسي الغني بالهيدروجين للأرض قد يكون قد شهد مثل هذه الظاهرة ، إلا أنه من الخطأ تسمية الهروب الجوي الحالي باسم "الرياح".

ولكن الآن بغض النظر عن المفردات ، فإن معدلات الهروب الحالية من الغلاف الجوي على الكواكب الأرضية تحكمها عمليات هروب أيونية مختلفة ، وأهمها الهروب من القمة القطبية. لذا فإن البيانات التي تبحث عنها في الواقع هي بيانات عن الهروب القطبي من مختلف المدارات. لحسن الحظ ، قدم Gunell وآخرون (2018) موجزًا ​​حديثًا عن هذا (انظر جدولهم A.1) ، وحاولوا نمذجة بسيطة للبيانات. لا توجد بيانات متاحة عن الهروب القطبي للمريخ والزهرة ، لأن هذا المفهوم لا ينطبق على تلك الكواكب. تكون عمليات الهروب الأخرى في المتوسط ​​أصغر بالنسبة للهيدروجين ، ولكنها أكبر بالنسبة لأيونات الأكسجين.

وبالمثل ، أعتقد أنه لا توجد بيانات متاحة عن تسرب الغازات من عمالقة الغاز. تمت دراسة الغلافين المغناطيسي لكوكب المشتري وزحل ، وتميزت مجموعات الجسيمات بهما ، لكنني أعتقد أنه من غير الواضح مقدار فقدان محتوى الكرة المغناطيسية في النهاية. لا توجد بيانات موثوقة متاحة عن الهروب القطبي لأورانوس ونبتون ، حيث لم تتم زيارة هذه الكواكب إلا من خلال رحلة طيران واحدة (تلك الخاصة بـ Voyager 2).


تفقد جميع الكواكب كمية صغيرة من غازات الغلاف الجوي بسبب امتلاك بعض الذرات / الجزيئات (حتى الجزيئات المحايدة) طاقة عالية بما يكفي للهروب من مجال الجاذبية للكوكب. يميل هذا إلى التأثير على العناصر الأخف وزنًا لأن لها سرعات أعلى عند نفس درجة الحرارة. هذا النوع من "إطلاق الغازات" الحراري من حيث المبدأ هو نفسه الذي ينتج "الرياح الشمسية".

يرجع طرد الأيونات في المناطق القطبية المذكورة في هذا الرابط إلى آلية مختلفة قليلاً. وهي ناتجة عن المجالات الكهربائية (مجالات استقطاب البلازما) في طبقة الأيونوسفير. لكن هذه بدورها ترجع إلى عدم ارتباط الإلكترونات بالجاذبية وبالتالي القدرة على الهروب من الأرض ، وبالتالي إنشاء حقل كهربائي صافي. إنهم قادرون فقط على الهروب في منطقة خطوط المجال المغناطيسي المفتوحة على الرغم من أي بالقرب من القطبين. مرة أخرى ، هذا أيضًا ناتج أخيرًا عن قدرة بعض الجسيمات على الهروب من مجال الجاذبية.

ليس من الصعب للغاية حساب كمية الغاز التي يمكنها الهروب من مجال الجاذبية للكوكب. لنفكر في الهيدروجين الذري (الكتلة م = 1.6 * 10-24ز} في حالة الأرض. الكثافة عند ارتفاع حوالي 400: كم (والتي يمكن اعتبار الغلاف الجوي فوقها غير تصادم) حوالي ن = 10 ^ 5 / سم ^ 3 دولار

يمكن أن تكون درجة الحرارة متغيرة تمامًا بين حوالي 600 ألف دولار و 2000 ألف دولار حسب النهار والنشاط الشمسي. لنأخذ قيمة متوسطة دولار T = 1200 ألف دولار هنا. ارتفاع 400 كيلومتر يجعل نصف القطر عند ذلك المستوى $ R = 6778 كم $ وبالتالي المساحة الإجمالية للكرة $ A = 4 pi R ^ 2 $. تدفق الهروب من سنتيمتر مربع واحد من هذا المجال هو (بافتراض توزيع سرعة ماكسويل مع الأخذ في الاعتبار أن نصف الذرات فقط (صعودًا) يمكنها الهروب)

$$ F_ {esc} = frac {n sqrt { pi}} {4 v_0} int_ {v_ {esc}} ^ { infty} dv * v * exp [- ( frac {v} {v_0 }) ^ 2] = $$ $$ = frac { sqrt { pi} n v_0} {8} * exp [- ( frac {v_ {esc}} {v_0}) ^ 2] $$

أين $ v_0 $ هي السرعة الحرارية

$$ v_0 = sqrt { frac {2kT} {m}} $$

مع $ ك $ ثابت بولتمان ، و

$$ v_ {esc} = sqrt { frac {2GM} {R}} $$

سرعة الهروب من الكوكب مع الكتلة مليون دولار (=6*1027g للأرض) بنصف قطر R و G ثابت الجاذبية.

مع القيم المعطاة ، ينتج عن ذلك تدفق هروب لذرات H من $ F_ {esc} = 4 * 10 ^ 7 / cm ^ 2 / sec $ وبالتالي فقد إجمالي كتلة الهيدروجين $ F_ {esc} * A * m = 0.4 كجم / ثانية $. إذا نظرت إلى صفحة ويكيبيديا https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape#Earth ، فإنها تعطي 3 كجم / ثانية لفقد الهيدروجين على الأرض ، وهو أكثر قليلاً ، ولكن بعد ذلك يمكن أن يعتمد هذا الرقم على فيزيائية مختلفة المعلمات ، خاصة وأن هذا يعتمد بشدة على درجة الحرارة. مع T = 2000 K ، ستكون النتيجة بالفعل 4.4 كجم / ثانية وفقًا للحساب أعلاه. بالنسبة للعناصر الأخرى غير الهيدروجين ، يكون معدل الفقد أقل بكثير على الرغم من السرعات الحرارية الأصغر. حتى عند 2000 كلفن ، يُفقد الهيليوم على سبيل المثال فقط بمعدل 4 * 10-3 كجم / ثانية والأكسجين الذري حتى عند حوالي 10-18 كجم / ثانية. هذا كله بافتراض توزيع السرعة Maxwellian في المقام الأول ، والذي قد يكون أو لا يكون تقريبًا دقيقًا في ذيل السرعة العالية للتوزيع.

في حالة البلازما الشمسية ، هناك تعقيد يتمثل في أن الإلكترونات غير مرتبطة بالجاذبية عمليًا بسبب كتلتها الصغيرة. هذا يعني أنهم سوف يهربون بحرية حتى يتم الوصول إلى حالة من التوازن حيث تصبح الشمس مشحونة بشكل إيجابي بمقدار بحيث يكون معدل هروبهم مساويًا لمعدل الأيونات (الأثقل بكثير) (أي يجب أن يكون لكل من الإلكترونات والأيونات نفس الشيء صافي الطاقة الكامنة). لذا فإن تجاهل طاقة الجاذبية الكامنة للإلكترونات ، في حالة التوازن ، يجب أن تستمر المعادلة ($ U_G $= طاقة وضع الجاذبية ، $ U_E $= طاقة الوضع الكهربائي)

$$ U_E = U_G-U_E $$

حيث الجانب الأيسر هو صافي الطاقة الكامنة للإلكترون والجانب الأيمن للأيون ($ U_E $ سلبي على الجانب الأيمن لأن الشمس موجبة الشحنة ستصد الأيونات بدلاً من جذبها).

من الواضح أن هذه المعادلة تعطينا

$$ U_E = frac {U_G} {2} $$

هذا هو المجال الكهربائي الناجم عن هروب الإلكترون (مجال استقطاب البلازما) يقلل بشكل فعال من الجاذبية بمقدار 1/2 للأيونات. في معادلات حساب تدفق الإفلات أعلاه ، يتعين علينا بالتالي تقليل الكتلة الشمسية بشكل فعال M بعامل 1/2 (مما يقلل سرعة الهروب بعامل 1 دولار / مربع {2} دولار). القيام بذلك وافتراض أن كثافة الأيونات تبلغ ن = 10 ^ 8 / سم ^ 3 دولار في ر = 740000 كم دولار، يمكن للمرء أن يتطابق مع التدفق / الكثافة المرصودة للرياح الشمسية على الأرض مع درجة حرارة دولار T = 2.5 * 10 ^ 6 ألف دولار، والتي تبدو مرة أخرى ذات قيمة معقولة. إجمالي خسارة الكتلة في هذه الحالة يتبع ما سبق على النحو التالي 8 دولارات أمريكية * 10 ^ 8 كجم / ثانية بالدولار الأمريكي والتي تتوافق أيضًا مع القيمة التي يمكن للمرء أن يجدها مقتبسة في مكان آخر.


كيف تؤثر الرياح الشمسية على الأرض؟

أصدر العلماء أربع أوراق جديدة في المجلة طبيعة هذا الأسبوع ، تحديد الاكتشافات الجديدة من مسبار باركر الشمسي التابع لناسا و # 8217s ، والذي اقترب من نجمنا الأم أكثر من أي مركبة فضائية سابقة. هذا الفيديو الجديد لوكالة ناسا & # 8211 الذي تم إصداره في 24 نوفمبر 2019 & # 8211 يشرح لماذا يجب أن نهتم. يصف الرياح الشمسية ، تيار الجسيمات الذي يبدأ في الغلاف الجوي الداخلي للشمس ويستمر خارج نظامنا الشمسي.

هنا على سطح الأرض & # 8217s ، نحن محميون من الرياح الشمسية بواسطة بطانيتنا من الغلاف الجوي. في الواقع ، يتطلع مراقبو السماء على الأرض إلى إعلانات عن العواصف على الشمس ، والتي ترسل الرياح الشمسية إلى الخارج. يمكن أن تؤدي إلى عواصف مغنطيسية أرضية تؤدي إلى عرض جميل للشفق القطبي ، أو الأضواء الشمالية ، التي تُرى عادةً في خطوط العرض العالية وفي بعض الأحيان ، إذا كانت الرياح الشمسية قوية بما يكفي ، وتمتد إلى خطوط العرض المنخفضة.

لكن هذه العواصف الشمسية نفسها يمكن أن تعطل أيضًا الأقمار الصناعية التي تدور في مدارات (يمكن أن تكون السبب في أننا جميعًا لدينا مشكلات في الهاتف المحمول في نفس اليوم) من المعروف أنهم يتسببون في فشل شبكات الطاقة الأرضية ، مما يتسبب في انقطاع التيار الكهربائي. وهم & # 8217 يشكلون خطرا على رواد الفضاء لدينا.

ما مدى قوة الرياح الشمسية؟ يمكن أن تصل سرعة الرياح لإعصار من الفئة 5 إلى أكثر من 150 ميلاً (240 كم) في الساعة. متوسط ​​سرعة الرياح الشمسية تقريبا مليون ميل (1.6 مليون كيلومتر) في الساعة.

شاهد الفيديو لتتعلم اكثر.

مثال جميل للشفق الناجم عن تفاعل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي للأرض & # 8217. التقط Shreenivasan Manievannan هذه الصورة في 2 نوفمبر 2016 ، من طائرة تحلق فوق شمال كندا بالقرب من الدائرة القطبية الشمالية.


الغلاف الشمسي الخارجي: الحدود القادمة

جون د.ريتشاردسون ، في سلسلة COSPAR Colloquia ، 2001

5 ملخص

تختلف معلمات الرياح الشمسية مع التغيرات في الدورة الشمسية ، مع التغيرات في خط الشمس ، والتغيرات في المسافة الشعاعية. حتى مع وجود مركبات فضائية متعددة ، قد يكون من الصعب تفكيك هذه التأثيرات المختلفة. نجد أن الضغط الديناميكي للرياح الشمسية يختلف بمعامل 2 خلال الدورة الشمسية في جميع خطوط العرض والمسافات. السرعة والكثافة (التي تحدد الضغط الديناميكي) لها ملامح مختلفة بشكل كبير لخطوط العرض عند الحد الأقصى للشمس والحد الأدنى للشمس. عند الحد الأدنى من الطاقة الشمسية ، فإن إسفينًا ضيقًا يتراوح من 20 إلى 30 درجة من الرياح الشمسية البطيئة والكثيفة عند خطوط العرض المنخفضة محاط برياح شمسية سريعة وهشة عند خطوط العرض العالية ، بينما في الحد الأقصى للطاقة الشمسية تكون أعلى السرعات وأقل كثافة عند خطوط العرض المنخفضة مع بطء انخفاض في السرعة نحو خطوط العرض العليا. تتناقص سرعة الرياح الشمسية مع المسافة الشعاعية بسبب التقاط المحايدة بين النجوم عند 60 وحدة فلكية ، ويبلغ هذا التباطؤ حوالي 40 كم / ثانية. يتم تسخين الرياح الشمسية أثناء تحركها للخارج حتى لا تبرد بشكل ثابت. لا تزال درجات الحرارة المرصودة في الغلاف الشمسي الخارجي مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بسرعة الرياح الشمسية ، وهي علاقة مفروضة في البداية على المصدر الشمسي.


حافة النظام الشمسي هي نقطة ، تكشفها خريطة ثلاثية الأبعاد

تقاوم الرياح الشمسية 70٪ من الإشعاع الكوني ، لكنها لا تحمي كل جانب من النظام الشمسي بالتساوي.

على حافة النظام الشمسي توجد حدود عنيفة حيث تصطدم قوتان عالميتان. من جهة ، توجد الرياح الشمسية ، الفيضان المستمر للجسيمات الساخنة المشحونة التي تتدفق من الشمس بسرعة مئات الأميال في الثانية. على الجانب الآخر توجد رياح الفضاء ، تهب مع إشعاع بلايين ومليارات من النجوم القريبة.

على الرغم من التسبب في بعض الأحيان انقطاع التيار الكهربائى هنا أرض، تقوم الرياح الشمسية في الواقع بعمل جيد جدًا للدفاع عن كوكبنا (والنظام الشمسي) من أقسى الإشعاع بين النجوم. مع هبوب الرياح من الشمس في كل اتجاه في وقت واحد ، فإنها تشكل فقاعة واقية هائلة حول النظام الشمسي تصد حوالي 70٪ من الإشعاع الوارد ، ذكرت Live Science سابقًا. (يحمينا الدرع المغناطيسي Earth & rsquos من الكثير من البقية).

تُعرف هذه الفقاعة باسم الغلاف الشمسي ، وتشكل حافتها (تسمى الغلاف الشمسي) حدًا ماديًا حيث ينتهي النظام الشمسي ويبدأ الفضاء بين النجوم و [مدش] ، ولكن على عكس معظم الحدود على الأرض ، ليس لدى العلماء أي فكرة عن حجمها أو شكلها. مثل. دراسة جديدة نشرت في 10 يونيو في مجلة الفيزياء الفلكية، يعالج هذه الألغاز من خلال أول خريطة ثلاثية الأبعاد للغلاف الشمسي تم إنشاؤها على الإطلاق.

باستخدام 10 سنوات من البيانات التي تم التقاطها بواسطة القمر الصناعي Interstellar Boundary Explorer التابع لناسا ، تتبع مؤلفو الدراسة جزيئات الرياح الشمسية أثناء انتقالها من الشمس إلى حافة النظام الشمسي والعودة مرة أخرى. من وقت السفر هذا ، قام الفريق بحساب المدى الذي هبت فيه الرياح في اتجاه معين قبل صدها بواسطة الإشعاع البينجمي ، مما سمح للباحثين برسم خريطة للحواف غير المرئية للنظام الشمسي بشكل مشابه للطريقة التي تستخدم بها الخفافيش تحديد الموقع بالصدى.

"تمامًا كما ترسل الخفافيش نبضات سونار في كل اتجاه وتستخدم إشارة العودة لإنشاء خريطة ذهنية لمحيطها ، استخدمنا الرياح الشمسية للشمس ، والتي تخرج في جميع الاتجاهات ، لإنشاء خريطة للغلاف الشمسي" ، كما قادت الدراسة المؤلف دان رايزنفيلد ، عالم في مختبر لوس ألاموس الوطني في نيو مكسيكو ، قال في بيان.

كما تظهر خريطة الفريق ، فإن الغلاف الشمسي لا يظل صحيحًا تمامًا لجزء "الكرة" من اسمه ، فالحاجز المحيط بالنظام الشمسي هو أكثر من نقطة متذبذبة أرق بكثير من جانب آخر.

هذا لأنه ، تمامًا كما يدور كوكبنا حول الشمس في اتجاه محدد ، تدور الشمس حول مركز مجرة ​​درب التبانة ، دافعة بقوة ضد الرياح البينجمية التي تعبر مسار الشمس. في هذا الاتجاه باتجاه الريح ، تكون المسافة من الشمس إلى حافة الغلاف الشمسي أقصر بكثير مما هي عليه في الاتجاه المعاكس و [مدش] حوالي 120 وحدة فلكية (AU) ، أو 120 ضعف متوسط ​​المسافة من الأرض إلى الشمس ، في مواجهة الرياح مقابل 350 وحدة فلكية على الأقل في الاتجاه المعاكس.

لماذا "على الأقل" هذا المبلغ؟ نظرًا لأن 350 AU هي الحد الأقصى للمسافة لطريقة رسم خرائط الرياح للفريق ، فمن المحتمل أن يمتد الغلاف الشمسي خلف النظام الشمسي أكثر بكثير مما يظهر على خريطة الفريق ، مما يعني أن الفقاعة الواقية قد تكون أكثر ضبابية مما يبدو هنا. مثل الخفافيش في الكهف ، علينا أن نطير أكثر في الظلام لمعرفة ذلك.


5. نظائرها في علم الأحياء الفلكي

يدرس علماء الأحياء الفلكية أصل وتطور وتوزيع الحياة في الكون. على الرغم من عدم اكتشاف أي علامات واضحة على وجود حياة خارج كوكب الأرض ، فقد أصبحت الاحتمالية معقولة بشكل متزايد مع استمرار الباحثين التناظريين في العثور على الحياة على الأرض في أقسى الظروف. يبحث علماء الأحياء الفلكية في النظم البيئية المتطرفة والموائل على الأرض بحثًا عن أدلة حول شكل الحياة في عوالم بعيدة. في أعماق محيطات الأرض ، على سبيل المثال ، تزدهر الميكروبات في البيئات شديدة الملوحة والضغط العالي. توضح لنا هذه المخلوقات القاسية والصغيرة كيف يمكن أن تكون الحياة في التضاريس الغريبة المليئة بالملح.


ما مدى أهمية المجال المغناطيسي للكوكب؟ نقاش جديد ينشأ

أقرب الكواكب جيراننا ، المريخ والزهرة ، ليس لديهم محيطات أو بحيرات أو أنهار. تكهن بعض الباحثين بأن الرياح الشمسية قد فجرتهم ، وأن أرضنا أفلتت من هذا المصير لأن مجالها المغناطيسي القوي يحرف الرياح. ومع ذلك ، فقد نشأ نقاش حول ما إذا كان المجال المغناطيسي هو أي نوع من الدروع على الإطلاق.

ينبع الجدل من الملاحظات الأخيرة التي تظهر أن المريخ والزهرة يفقدان أيونات الأكسجين من غلافهما الجوي إلى الفضاء بنفس معدل خسارة الأرض تقريبًا. جاء هذا كمفاجأة ، حيث أن الأرض هي الوحيدة التي تمتلك مجالًا مغناطيسيًا قويًا ثنائي القطب يمكن أن يمنع جزيئات الرياح الشمسية من الارتطام في الغلاف الجوي العلوي وتجريد الأيونات مباشرة.

قال روبرت سترانجواي من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس: "رأيي هو أن فرضية الدرع المغناطيسي غير مثبتة". "لا يوجد شيء في البيانات المعاصرة يبرر استدعاء المجالات المغناطيسية."

يفقد كل من الكواكب الثلاثة ما يقرب من طن من الغلاف الجوي للفضاء كل ساعة. بعض هذه المواد المفقودة كانت في الأصل على شكل ماء ، لذا فإن هذا يطرح السؤال التالي: كيف انتهى الأمر بالكواكب بكميات مختلفة إلى حد كبير من الماء إذا كانت جميعها "تتسرب" إلى الفضاء بمعدلات مماثلة؟

أوضحت جانيت لومان من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي: "تكمن المشكلة في أخذ معدلات اليوم ومحاولة تخمين ما كان يحدث منذ مليارات السنين". إنها تعتقد أن المجال المغناطيسي للأرض كان يمكن أن يحدث فرقًا في الماضي عندما كانت الرياح الشمسية أقوى على الأرجح.

قال لومان "الناس لا يضعون كل الأوراق على الطاولة". "لا يمكننا القول أن المجالات المغناطيسية غير مهمة من البيانات الحالية."

يتفق كل من Luhmann و Strangeway على أن فرز ما يجعل كوكبًا ما رطبًا بينما يكون الآخر جافًا سيتطلب مزيدًا من البيانات حول كيفية اعتماد خسارة الغلاف الجوي على ناتج الشمس.

التحميص في نسيم الشمس

الدافع الرئيسي لهروب الأيونات من أجواء الكواكب هو الرياح الشمسية ، وهي عبارة عن تدفق عالي السرعة من الشمس يتكون في الغالب من البروتونات والإلكترونات. لأن هذه الجسيمات تحمل شحنة ، فإن مساراتها تنحني عندما تواجه مجالًا مغناطيسيًا.

بالنسبة للمريخ والزهرة غير الممغنطة ، فإن الرياح الشمسية تتجه بشكل أساسي إلى الغلاف الجوي العلوي وتلتقط الأيونات وتحملها إلى الفضاء. يوفر المجال المغناطيسي لـ Warth حاجزًا أمام الرياح الشمسية ، يُسمى الغلاف المغناطيسي ، لكن الأيونات لا تزال تجرد من خلال مسار دائري.

بشكل أساسي ، تنقل الرياح الشمسية التي تتفاعل مع المجال المغناطيسي للأرض بعض طاقتها إلى الغلاف الجوي العلوي في المناطق القطبية. الشفق الذي يمكن رؤيته عند خطوط العرض العليا هو أحد مظاهر هذا الانتقال. لكنه يسخن أيضًا أيونات الغلاف الجوي بدرجة تكفي للهروب من القطبين ، مشكلاً "تدفقات الأيونات القطبية إلى الخارج".

يقول سترينجواي: "يمثل المجال المغناطيسي عقبة أمام الرياح الشمسية ، ولكنه أيضًا قمع". إن تأثير الرياح الشمسية على الأرض أقل انتظامًا من تأثيرها على المريخ والزهرة ، ولكن يبدو أن معدل الخسارة الصافي هو نفسه تقريبًا.

يشرح Strangeway هذا من حيث الزخم. تفقد الرياح الشمسية بعضاً من زخمها عندما تصطدم بأي كوكب. [صور: Auroras Dazzle Northern Observers]

تقترح الفيزياء الأساسية أن هذا الزخم يجب أن يذهب إلى مكان ما ، ووفقًا لـ Strangeway ، فإنه يذهب إلى الغلاف الجوي للمنطقة القطبية لتنشيط الأيونات هناك بسرعات كافية للهروب من جاذبية الأرض. يغير وجود مجال مغناطيسي آلية نقل الزخم هذا ، لكن النتيجة النهائية متشابهة.

على الأقل ، يبدو أن هذا هو الحال الآن.

مكافئ فقدان الماء

تفقد الكواكب حاليًا بضع مئات من الجرامات من الأيونات في الثانية ، لكن هذه الخسارة تنتشر على مساحة كبيرة جدًا من الفضاء ، لذلك من الصعب قياسها بدقة. اكتشفت الأقمار الصناعية في مدار حول الأرض أيونات عالية السرعة قادمة من فوق القطبين ، لكن العلماء ليسوا متأكدين من عدد هذه الأقمار التي تهرب بالفعل إلى الفضاء ، بدلاً من إعادة تدويرها مرة أخرى في الغلاف الجوي عبر الغلاف المغناطيسي للأرض.

كان من الصعب الحصول على الملاحظات في المريخ والزهرة. قدم كل من Mars Express (الذي يدور حول المريخ منذ عام 2003) و Venus Express (الذي يدور حول كوكب الزهرة منذ عام 2006) قيودًا أفضل بكثير من البعثات الكوكبية السابقة.

يقول لومان: "في الوقت الحالي ، فإن معدلات الكواكب الثلاثة هي نفسها تقريبًا بالنسبة لبعض الأيونات". "لا أحد يناقش ذلك."

تم قياس الأيونات الأخرى إلى جانب الأكسجين وهي تتسرب إلى الفضاء ، مثل جزيئات أول أكسيد الكربون المتأين وثاني أكسيد الكربون ، والتي تشتمل أيضًا على الأكسجين. تُفقد أيونات الهيدروجين أيضًا ، لكن يصعب تمييزها عن بروتونات الرياح الشمسية.

ومع ذلك ، يفترض الباحثون أن ما يقرب من ذرتين هيدروجين يهربان لكل أكسجين. (السبب في ذلك هو أنه إذا لم يكن الأمر كذلك ، لكان الغلاف الجوي قد تحول منذ فترة طويلة إلى درجة عالية من التأكسد أو الاختزال). التأثير الصافي هو فقدان جزيئات H2O.

يقوم الباحثون بتحويل معدل فقد أيون الأكسجين إلى معدل فقدان ماء مكافئ ، ثم يحاولون تقدير كمية المياه التي تم تجريدها من كل كوكب على مدار تاريخهم الطويل.

المريخ هو المثال المفضل لأن جيولوجيا الكوكب تشير إلى وجود كمية كبيرة من الماء السائل على السطح منذ 3.5 مليار سنة. لدينا أدلة أقل على كوكب الزهرة ، لكن من المحتمل أيضًا أنها كانت رطبة في الماضي.

قال لومان: "كل الكواكب الثلاثة لديها ميزانية مياه مناسبة لتبدأ بها".

قام Strangeway بحساب مقدار الماء الذي كان يجب أن يخسره كل كوكب في الفضاء ، على افتراض أن المعدلات الحالية ظلت ثابتة على مدى 3.5 مليار سنة الماضية. تخيل أن هذه المياه تنتشر بالتساوي على السطح ، فإن كل من المريخ والأرض والزهرة قد فقدوا طبقة من الماء بسمك 30 و 9 و 8 سم على التوالي.

"هذا ليس الكثير" ، اعترف Strangeway. بالتأكيد لا يكفي شرح الخصائص الجيولوجية للمريخ.

أحد التحذيرات هو فقدان الذرات المحايدة ، والتي لا يتم اكتشافها إلى حد كبير بواسطة أدوات الفضاء الحالية. يفقد المريخ على الأرجح عددًا من الذرات المحايدة أكثر من نظرائه هذا لأن المريخ أصغر وبالتالي لديه قوة جاذبية أضعف على غلافه الجوي. يمكن لبعض التفاعلات الكيميائية أن تعطي ذرات الأكسجين المحايدة سرعة كافية للهروب من جاذبية المريخ.

قد تساعد هذه الخسارة المحايدة في تفسير سبب جفاف المريخ ، لكنها لا تفسر سبب خلو كوكب الزهرة من الماء أيضًا. سرعة الهروب على كوكب الزهرة والأرض عالية جدًا بحيث لا تكون الخسارة المحايدة كبيرة.

يقول Strangeway: "كوكب الزهرة أصعب". لا بد أن شيئًا ما كان مختلفًا في الماضي لشرح سبب احتواء كوكب الزهرة على مياه أقل من الأرض بمقدار 100000 مرة.

كان الاختلاف الوحيد هو الشمس.

تقلبية الطاقة الشمسية

ليس لدينا سجل مباشر لتاريخ الشمس ، لكن يمكن لعلماء الفلك دراسة النجوم الأخرى التي تشبه شمسنا في سن مبكرة. تبدو هذه النجوم الشبيهة بالشمس أكثر نشاطًا ، مع احتمال وجود رياح أقوى وانبعاث أكثر للأشعة فوق البنفسجية. لذلك ، من المحتمل أن تكون شمسنا تجرد الكواكب من غلافها الجوي بمعدل أسرع في الماضي.

يجادل لومان بأن المجال المغناطيسي للأرض ربما كان بمثابة درع أفضل ضد أشعة الشمس الأكثر نشاطًا. وبالمقارنة ، فإن معدلات الخسارة على كوكب الزهرة والمريخ العزل يمكن أن ترتفع بمقدار ألف أو أكثر ، مقارنة بالأرض.

Strangeway غير مقتنع.

قال: "أنا حذر للغاية". "لا أعرف ما يكفي لأقول كيف ستتفاعل الشمس الفتية مع مجال مغناطيسي كوكبي."

تتمثل إحدى طرق التحقيق في دور المجالات المغناطيسية في الماضي في مراقبة ما يحدث الآن أثناء العاصفة الشمسية ، عندما تهب الرياح الشمسية بعنف. تندلع العديد من العواصف الشمسية (أو بشكل أكثر تقنيًا "القذف الكتلي الإكليلي") من الشمس كل يوم خلال فترات الذروة في الدورة الشمسية ، ولكن يمر عدد قليل فقط من العواصف فوق الأرض كل شهر. عندما يفعلون ذلك ، يمكن تدمير الأقمار الصناعية ، ويمكن أن يزيد الإشعاع إلى مستويات خطيرة فوق القطبين.

على الأرض ، تعمل العواصف الشمسية أيضًا على تسريع تآكل الغلاف الجوي ، ولكن هناك حاجة إلى قياسات أكثر دقة. تجمع الأقمار الصناعية العنقودية التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية بيانات عن الغلاف المغناطيسي لكوكبنا وتفاعل الرياح الشمسية. ستعمل هذه المعلومات على تحسين النماذج الخاصة بـ "الطقس" في الغلاف الجوي العلوي ، حتى يتمكن العلماء من وضع نموذج أفضل للهروب من الغلاف الجوي وكيفية اعتماده على الرياح الشمسية والمدخلات الأخرى.

بالنسبة إلى المريخ ، ستدرس مهمة Maven القادمة من وكالة ناسا الخسائر الأيونية والمحايدة وتختبر ما إذا كانت هذه المعدلات تتغير أثناء الاضطرابات في النشاط الشمسي والرياح الشمسية.

إذا كان على Strangeway أن يخمن ، فسيقول أن البيانات ستظهر أن الفرق بين الكواكب الممغنطة وغير الممغنطة سيكون طفيفًا. لكن ليس لديه أي آلية بديلة لحماية إمدادات المياه على كوكبنا.


توقعات طقس الفضاء: الرياح الشمسية تقترب من الأرض يمكن أن تسبب اضطرابات جيومغناطيسية

توقع موقع للتنبؤ بالطقس الفضائي أن تيارًا من الرياح الشمسية قادمًا من ثقب في الغلاف الجوي للشمس قد يضرب الأرض الأسبوع المقبل. وأشار الموقع إلى أن الحدث الشمسي يمكن أن يؤدي إلى اضطرابات مغنطيسية على الكوكب.

أفاد موقع SpaceWeather.com أنه من المتوقع أن تضرب الرياح الشمسية القريبة المجال المغناطيسي للأرض يوم الأحد أو الاثنين. جاءت الرياح الشمسية من ثقب تشكل في الجزء الشمالي من الغلاف الجوي للشمس ، والذي يُعرف باسم الهالة.

أوضح مركز التنبؤ بطقس الفضاء (SWPC) التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي أن الرياح الشمسية تحتوي على جسيمات عالية الشحنة يمكنها تعطيل المجال المغناطيسي للأرض. تظهر على شكل بلازما تتدفق من سطح الشمس.

وأشار المركز إلى أن سرعة حركة الرياح الشمسية تعتمد على المنطقة الموجودة على الشمس التي أتت منها.

وأوضحت الوكالة أن "الثقوب الإكليلية تنتج رياحًا شمسية عالية السرعة ، تتراوح من 500 إلى 800 كيلومتر في الثانية". "يوجد في القطبين الشمالي والجنوبي للشمس ثقوب إكليلية كبيرة ومستمرة ، لذلك تمتلئ خطوط العرض العالية بالرياح الشمسية السريعة. في المستوى الاستوائي ، حيث تدور الأرض والكواكب الأخرى ، الحالة الأكثر شيوعًا للرياح الشمسية هي الرياح البطيئة السرعة ، التي تبلغ سرعتها حوالي 400 كيلومتر في الثانية ".

وفقًا لموقع SpaceWeather.com ، فإن اقتراب الرياح الشمسية يمكن أن تسبب تأثيرات مختلفة على الأرض بمجرد وصولها إلى الكوكب. وأشار الموقع إلى أن الطقس الكوني يمكن أن يطلق الشفق القطبي أو الأضواء القطبية فوق المناطق المتضررة حيث تتفاعل الجسيمات عالية الشحنة للرياح الشمسية مع الغلاف الجوي للأرض.

ذكر الموقع أيضًا أن الحدث الشمسي يمكن أن يتسبب أيضًا في اضطرابات مغنطيسية أرضية على الكوكب. تحدث الاضطرابات الجيومغناطيسية بسبب انتقال الطاقة من الرياح الشمسية إلى المجال المغناطيسي.

اعتمادًا على حجم الاضطرابات أو العاصفة المغنطيسية الأرضية ، قد تتعرض المناطق المتأثرة لانقطاع التيار الكهربائي والمشكلات المتعلقة بالاتصالات الراديوية والأقمار الصناعية.

وأوضح مركز SWPC أنه "بينما تخلق العواصف شفقًا قطبيًا جميلًا ، إلا أنها يمكن أن تعطل أيضًا أنظمة الملاحة مثل نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية العالمية وتخلق تيارات مغنطيسية ضارة في شبكة الطاقة وخطوط الأنابيب".

يتسبب ثقب عملاق في الطبقة العليا من الشمس في إطلاق الرياح الشمسية مما يتسبب في حدوث الشفق القطبي على الأرض. الصورة: NASA / SDO


ما هي الرياح الشمسية؟

بقلم: Maria Temming 15 يوليو 2014 0

احصل على مقالات مثل هذه المرسلة إلى بريدك الوارد

الغلاف الجوي الخارجي للشمس ، الهالة فائقة السخونة ، هي مصدر الرياح الشمسية ، وهو تدفق مستمر للجسيمات المشحونة من الشمس. اكتسبت هذه الجسيمات طاقة كافية لملء الغلاف الشمسي ، وهي منطقة من الفضاء تمتد إلى ما بعد مدار بلوتو. بينما تتدفق هذه الجسيمات بعد مدار الأرض ، فإنها تسافر بمعدل 400 كيلومتر في الثانية. على الرغم من أن الشمس يمكن أن تفقد أكثر من مليون طن من المواد كل ثانية ، إلا أن الكمية لا تزال ضئيلة مقارنة بالكتلة الكلية للشمس.

الرياح الشمسية تدفع المجال المغناطيسي للأرض.
ناسا

تتكون الرياح الشمسية بشكل أساسي من أعداد متساوية تقريبًا من البروتونات والإلكترونات ، بالإضافة إلى عدد قليل من الأيونات الثقيلة. تكون سرعات الجسيمات أعلى من الثقوب الإكليلية ، وهي مناطق قريبة من أقطاب الشمس مرتبطة بخطوط المجال المغناطيسي "المفتوحة" التي تسمح للمواد بالتدفق بسهولة أكبر في الفضاء. تتدفق الجسيمات بشكل أبطأ بالقرب من خط استواء الشمس ، حيث تلتف خطوط المجال المغناطيسي على نفسها وتحتجز المواد الإكليلية.

يحمي المجال المغناطيسي للأرض كوكبنا ، ويخلق تجويفًا في الرياح الشمسية يسمى الغلاف المغناطيسي. بسبب ضغط الرياح الشمسية على المجال المغناطيسي ، يتم ضغط الغلاف المغناطيسي على الجانب المواجه للشمس. على الجانب الآخر ، يمتد إلى ذيل مغناطيسي.

من حين لآخر ، تجد جسيمات الشمس المشحونة طريقها إلى الغلاف المغناطيسي للأرض ، وتدور بشكل حلزوني على طول خطوط المجال المغناطيسي باتجاه القطبين ، حيث تتفاعل مع الجسيمات في الغلاف الجوي العلوي للأرض لتكوين الشفق القطبي.


رسم الحدود بين نظامنا الشمسي والفضاء بين النجوم لأول مرة

رسم تخطيطي لغلافنا الشمسي. لأول مرة ، رسم العلماء خريطة الغلاف الشمسي ، وهو الحد الفاصل بين الغلاف الشمسي (البني) والفضاء بين النجوم (الأزرق الداكن). الائتمان: NASA / IBEX / Adler Planetarium

باستخدام بيانات من القمر الصناعي NASA & # 8217s IBEX ، أنشأ العلماء أول خريطة ثلاثية الأبعاد على الإطلاق للحدود بين نظامنا الشمسي والفضاء بين النجوم.

لأول مرة ، تم رسم حدود الغلاف الشمسي ، مما يمنح العلماء فهمًا أفضل لكيفية تفاعل الرياح الشمسية والرياح البينجمية.

قال دان رايزنفيلد ، العالم في مختبر لوس ألاموس الوطني والمؤلف الرئيسي للورقة ، التي نُشرت في مجلة الفيزياء الفلكية في 10 حزيران (يونيو) 2021. "ولكن هذه هي المرة الأولى التي نتمكن فيها فعليًا من قياسه وإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد له."

الغلاف الشمسي عبارة عن فقاعة ناتجة عن الرياح الشمسية ، وهي عبارة عن تيار يتكون في الغالب من البروتونات والإلكترونات وجزيئات ألفا التي تمتد من الشمس إلى الفضاء بين النجوم وتحمي الأرض من الإشعاع الضار بين النجوم.

استخدم Reisenfeld وفريق من العلماء الآخرين بيانات من القمر الصناعي Interstellar Boundary Explorer (IBEX) الذي يدور حول الأرض التابع لناسا ، والذي يكتشف الجسيمات التي تأتي من الغلاف الشمسي ، الطبقة الحدودية بين النظام الشمسي والفضاء بين النجوم. كان الفريق قادرًا على رسم خريطة لحافة هذه المنطقة - وهي منطقة تسمى منطقة الهليوبوز. هنا ، الرياح الشمسية ، التي تندفع نحو الفضاء بين النجوم ، تصطدم بالرياح البينجمية التي تدفع نحو الشمس.

أول خريطة ثلاثية الأبعاد للحدود بين نظامنا الشمسي والفضاء بين النجوم والمنطقة رقم 8211a المعروفة باسم منطقة الشمسي. الائتمان: مختبر لوس ألاموس الوطني

للقيام بهذا القياس ، استخدموا تقنية مشابهة لكيفية استخدام الخفافيش للسونار. قال ريزنفيلد: "تمامًا كما ترسل الخفافيش نبضات سونار في كل اتجاه وتستخدم إشارة العودة لإنشاء خريطة ذهنية لمحيطها ، فقد استخدمنا الرياح الشمسية للشمس ، والتي تخرج في جميع الاتجاهات ، لإنشاء خريطة للغلاف الشمسي". .

لقد فعلوا ذلك باستخدام قياس القمر الصناعي IBEX للذرات المحايدة النشطة (ENAs) التي تنتج عن الاصطدامات بين جزيئات الرياح الشمسية وتلك الناتجة عن الرياح البينجمية. تعتمد شدة هذه الإشارة على شدة الرياح الشمسية التي تضرب الغلاف الشمسي. عندما تضرب الموجة الغمد ، يرتفع عدد ENA ويمكن لـ IBEX اكتشافها.

وأوضح ريزنفيلد أن "إشارة الرياح الشمسية التي ترسلها الشمس تختلف من حيث القوة وتشكل نمطًا فريدًا". "سوف يرى IBEX نفس النمط في إشارة ENA العائدة ، بعد سنتين إلى ست سنوات ، اعتمادًا على طاقة ENA والاتجاه الذي ينظر إليه IBEX عبر الغلاف الشمسي. هذا الفارق الزمني هو كيف وجدنا المسافة إلى منطقة مصدر ENA في اتجاه معين. "

ثم طبقوا هذه الطريقة لبناء خريطة ثلاثية الأبعاد ، باستخدام البيانات التي تم جمعها على مدار دورة شمسية كاملة ، من عام 2009 حتى عام 2019.

وأضاف: "من خلال القيام بذلك ، يمكننا رؤية حدود الغلاف الشمسي بنفس الطريقة التي يستخدم بها الخفاش السونار" لرؤية "جدران الكهف".

السبب في أن الإشارة تستغرق وقتًا طويلاً للعودة إلى IBEX يرجع إلى المسافات الشاسعة التي ينطوي عليها الأمر. تُقاس المسافات في النظام الشمسي بوحدات فلكية (AU) حيث 1 AU هي المسافة من الأرض إلى الشمس. تُظهر خريطة Reisenfeld أن الحد الأدنى للمسافة من الشمس إلى الغلاف الشمسي هو حوالي 120 AU في الاتجاه المواجه للرياح البينجمية ، وفي الاتجاه المعاكس ، تمتد على الأقل 350 AU ، وهو الحد الأقصى لمسافة تقنية السبر. للإشارة ، يبلغ قطر مدار نبتون حوالي 60 وحدة فلكية.

Reference: “A Three-dimensional Map of the Heliosphere from IBEX” by Daniel B. Reisenfeld, Maciej Bzowski, Herbert O. Funsten, Jacob Heerikhuisen, Paul H. Janzen, Marzena A. Kubiak, David J. McComas, Nathan A. Schwadron, Justyna M. Sokół, Alex Zimorino and Eric J. Zirnstein, 10 June 2021, مجلة الفيزياء الفلكية.
DOI: 10.3847/1538-4365/abf658


Types of Wind

ال wind is the flow of gases on a large scale. On the surface of the Earth, wind consists of the bulk movement of air. In outer space, solar wind is the movement of gases or charged particles from the Sun through space, while planetary wind is the outgassing of light chemical elements from a planet’s atmosphere into space.

In meteorology, winds are often referred to according to their strength, and the direction from which the wind is blowing. Short bursts of high-speed wind are termed gusts. Strong winds of intermediate duration around one minute, are termed squalls. Long-duration winds have various names associated with their average strength, such as breeze, gale, storm, and hurricane.

1. Planetary Winds: Planetary winds comprise winds distributed throughout the lower atmosphere. The winds blow regularly throughout the year confined within latitudinal belts, mainly in north-east and south-east directions or from high-pressure polar-regions to low-pressure regions.

2. Trade Winds: These are extremely steady winds blowing from subtropical high-pressure areas (30°N and S) towards the equatorial low-pressure belt. These winds should have blown from the north to south in Northern Hemisphere and south to north in Southern Hemisphere, but, they get deflected to the right in Northern Hemisphere and to the left in Southern Hemisphere due to Coriolis effect and Ferrel’s law. Thus, they blow as northeastern trades in Northern Hemisphere and southeastern trades in Southern Hemisphere.

They are also known as tropical easterlies, and they blow steadily in the same direction. They are noted for consistency in both force and direction.

3. The Westerlies: The Westerlies are the winds in the middle latitudes in the ranges of 35 to 65 degrees. These winds blow from the west to the east and determine the traveling directions of extratropical cyclones in a similar direction. The winds are mainly from the northwest in the Southern Hemisphere and southwest in the Northern Hemisphere.

4. Periodic Winds: Periodic winds change their direction periodically with the change in season, e.g., Monsoons, Land and Sea Breezes, Mountain and Valley Breezes.

  • Monsoon Winds: These winds are seasonal and refer to wind systems that have a pronounced, seasonal reversal of direction. بالنسبة الى ‘Flohn’, monsoon is a seasonal modification of the general Planetary Wind System. The summer monsoon is called South Westerly Wind and is characterized by highly variable weather with frequent spells of drought and heavy rains. The winter monsoon is a gentle drift of air in which winds blow from the north-east and is known as North Easterly Wind.
  • Land Breeze: At night, landmasses cool quicker than sea due to rapid radiation which results in high pressure over land and low pressure overseas. And in calm, cloudless weather, air blows from land to sea. This breeze carries no moisture and is a little warm and dry.
  • Sea Breeze: In the daytime, the land being hotter than the sea develops low air pressure and the sea being cool develops high pressure. The air over land rises and is replaced by a cool breeze known as Sea Breeze from the sea, carrying some moisture.
  • Mountain and Valley Breezes: A diurnal wind occurs in mountainous regions which are similar to Land and Sea Breezes. During the day the slopes of mountains are hot and air from the valley flows up the slopes. This is known as “Valley Breeze”. After sunset, the pattern is reversed, and cold air slides from mountain to valley and is called “mountain breeze”.

5. Local Winds: The local difference in temperature and pressure causes local winds. It is of four types: hot, cold, convectional, and slope.


Author: Mitch Battros

Mitch Battros is a scientific journalist who is highly respected in both the scientific and spiritual communities due to his unique ability to bridge the gap between modern science and ancient text. Founded in 1995 – Earth Changes TV was born with Battros as its creator and chief editor for his syndicated television show. In 2003, he switched to a weekly radio show as Earth Changes Media. ECM quickly found its way in becoming a top source for news and discoveries in the scientific fields of astrophysics, space weather, earth science, and ancient text. Seeing the need to venture beyond the Sun-Earth connection, in 2016 Battros advanced his studies which incorporates our galaxy Milky Way - and its seemingly rhythmic cycles directly connected to our Solar System, Sun, and Earth driven by the source of charged particles such as galactic cosmic rays, gamma rays, and solar rays. Now, "Science Of Cycles" is the vehicle which brings the latest cutting-edge discoveries confirming his published Equation. View all posts by Mitch Battros



تعليقات:

  1. Carlyle

    موافق ، فكرة مفيدة

  2. Dontrell

    أنا مجنون بهم!

  3. Dihn

    أنا أشارك رأيك بالكامل. أحب فكرتك. أقترح طرحه للمناقشة العامة.

  4. Tuktilar

    السؤال بعيد

  5. Orbart

    Noteworthy, it is a very valuable answer



اكتب رسالة