Jaký vliv má sluneční vítr na Zemi?

Když myslíme na Slunce, obvykle si představíme svítící kouli ve vesmíru, hořící při teplotách tisíců stupňů Fahrenheita a vyzařující světlo na všechny objekty ve sluneční soustavě, které kolem ní obíhají. Ale ve skutečnosti je Slunce mnohem aktivnější, a to vše díky slunečnímu větru.

reklama

Slovní spojení „sluneční vítr“ nemusí být na první pohled úplně intuitivní, ale je to jeden z nejzajímavějších jevů našeho Slunce. Ale co to je a co to znamená pro nás žijící na Zemi?

Sluneční vítr naštěstí nemůže naší planetě ublížit (alespoň ne doslova), ale je zodpovědný za jeden z nejznámějších přírodních jevů světa, takže sluneční vítr pravděpodobně znáte mnohem lépe, než si myslíte.

Výron koronální hmoty. ESA/NASA/Soho

Co je sluneční vítr?

Sluneční vítr je nepřetržitý proud nabitých částic vycházejících ze sluneční koróny do vesmíru. Vzniká vyvržením plazmatu z povrchu Slunce, způsobeným intenzivním zahříváním při jaderných fúzních reakcích probíhajících uvnitř hvězdy. Toto teplo vytváří obrovský vnější tlak, který působí proti vnitřnímu působení gravitace Slunce. Tato rovnováha mezi rozpínající se plazmou a smršťující silou vytváří atmosféru Slunce, známou jako koróna. Sluneční vítr nastává, když teplo a tlak zespodu jsou silnější než gravitace a nabité plazma v koroně je schopno uniknout do vesmíru podél siločar magnetického pole Slunce.

reklama

Tento proces probíhá po celém povrchu Slunce a jak se Slunce otáčí, způsobuje to, že se jeho magnetické siločáry stočí přes jeho póly. A protože se nabité částice emitované ze Slunce pohybují podél těchto magnetických siločar, řítí se v konstantním proudu podél této spirály do vesmíru.

Je sluneční vítr skutečný vítr?

Sluneční vítr se skládá z nabitých částic, nejde tedy o úplnou obdobu větru, který pozorujeme na Zemi, přesto mezi nimi existují značné podobnosti. Sluneční vítr je sice neustále generován, ale jeho intenzita není konstantní, jako větry na Zemi.

Během klidu v 11letém slunečním cyklu, kdy se složité struktury, jako jsou koronální díry a sluneční skvrny, vyskytují méně často, lze sluneční vítr přirovnat k vánku. Během období, kdy je Slunce aktivnější, se sluneční vítr stává mnohem složitějším.

I když to lze považovat za analogické se sezónními změnami zemského klimatu – jako je sezóna hurikánů nebo zasněžené zimy ve vysokých zeměpisných šířkách – srovnání je trochu komplikovanější kvůli nábojům částic ve větru samotném. Přímější analogie zemského větru však spočívá v tom, že sluneční vítr obvykle proudí pryč od Slunce v polárních oblastech téměř dvakrát rychleji než blízko rovníku.

reklama

Tento rozdíl v rychlosti vede k vytvoření oblastí s vysokou a nízkou hustotou, kde vysokorychlostní vítr interaguje s větrem o nízké rychlosti a tvoří takzvané korotační interakční oblasti.Tyto oblasti mají mnohem vyšší hustotu a silné magnetické pole. Pokud zůstaneme u analogií, pak takové oblasti korotační interakce jsou podobné bouřkovým frontám na Zemi. Ne náhodou se jim říká vesmírné počasí.

READ
Jak zakrýt stěny v lázeňském domě u kovových kamen?

Obrázek sluneční koróny v bílém světle během úplného zatmění Slunce | Zdroj: M. Druckmueller/NASA.

Z čeho se skládá sluneční vítr?

Slunce je primárně tvořeno atomy vodíku, ale jaderná fúze produkuje řadu dalších prvků, z nichž všechny tvoří sluneční vítr. Naprostou většinu slunečního větru tvoří ionizovaný vodík (jednotlivé protony a elektrony) a méně než 10 % tvoří ionizované helium.

Reakce, které probíhají v jádru Slunce, jsou přinejmenším velmi složité. V důsledku fúze vodíku a helia s dalšími částicemi vzniká lithium, berylium, uhlík, kyslík, dusík, křemík a další těžké prvky včetně železa. Všechny tyto prvky lze nalézt ve slunečním větru, i když těžké prvky tvoří jen malou část jeho celkového složení. Jediné, co nenajdete, jsou atomy se stejným počtem elektronů a protonů. Magnetické siločáry zachycují elektrony a ionizované částice, když se sluneční vítr šíří sluneční soustavou.

reklama

Jaký je vliv slunečního větru?

Sluneční vítr je proud vysoce nabitých částic pohybujících se rychlostí stovek kilometrů za sekundu. A když mluvíme pouze o elektronech a jednotlivých nabitých iontech, většinou tvořených vodíkem, nelze si představit, že by sluneční vítr měl tak velký vliv.

Je však třeba připomenout, že mluvíme o velkém množství nabitých částic létajících z povrchu Slunce. A pokud jste někdy pozorovali úplné zatmění Slunce, viděli jste kolem něj jasný prstenec ohně – to je sluneční koróna. Takové plameny šířící se do vesmíru se mohou táhnout na miliony kilometrů a postupně se proměňovat ve sluneční vítr.

Pokud bychom zde na Zemi byli zasaženi jediným výbuchem slunečního větru z této vzdálenosti, efekt by byl sotva znatelný (kromě některých prvků, ke kterým se dostaneme za chvíli). Faktem ale je, že nic ve sluneční soustavě neprochází pouze jednotlivými interakcemi s částicemi. Jsme neustále bombardováni proudem protonů a elektronů a všechny tyto částice interagují mezi sebou a různými atomy.

Postupem času mohou tyto procesy vést k ničivým následkům. Předpokládá se, že před 3 miliardami let měl Mars atmosféru velmi podobnou Zemi, ale nyní z ní nezůstalo téměř nic. Nyní se věří, že neustálý tok nabitých částic skutečně zničil atmosféru Marsu. Nedostatek ochranné atmosféry mohl způsobit, že se prapůvodní jezera a oceány rudé planety vypařily a zanechaly za sebou pustý svět bez života. Všechno ve sluneční soustavě je tak či onak ovlivněno slunečním větrem, i když některé objekty, jako je Země, jej snášejí lépe než jiné.

Vznik magnetického pole Země. Nový výzkum z Oregonské státní univerzity College of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences naznačuje, že příčinou může být starověký oceán magmatu hluboko v zemském plášti.

Co chrání Zemi před slunečním větrem?

Naštěstí má Země výhodu pevného vnitřního jádra a tekutého vnějšího jádra, obě jsou vyrobeny převážně ze železa. To vše působí jako dynamo a vytváří kolem planety silné magnetické pole. A protože se sluneční vítr skládá z nabitých částic, intenzivně interaguje s tímto magnetickým polem a cestuje po liniích kolem magnetického pole Země, místo aby naši planetu nepřetržitě bombardoval.

READ
Jaký druh perianthu má Pantoflíček?

Bez silného magnetického pole by Země byla pravděpodobně podobná moderní Marsa je docela možné, že život by se nikdy nevyvinul za nejjednodušší archaea a jednobuněčné organismy, než by se naše planeta stala zcela neobyvatelnou pro život, jak ji známe nyní.

Polární záře na obloze nad Aljaškou v roce 2017. Zdroj: NASA/Terry Zaperach

Co se stane, když sluneční vítr zasáhne Zemi?

Magnetické pole Země je sice dostatečně silné na to, aby odráželo většinu slunečního větru, ale některým částicím se přesto podaří jej prorazit v místech, kde magnetické siločáry (po kterých částice putují) procházejí magnetickými póly Země.

Tyto částice interagují s atmosférou a vytvářejí velkolepou světelnou show, kterou nazýváme Aurora nebo Aurora. Obvykle jsou pozorovány v nejsevernějších a nejjižnějších zeměpisných šířkách kolem arktických a antarktických kruhů, ale když je sluneční vítr silnější – například během zvláště aktivních období slunečního cyklu – lze tyto bystrozory vidět i v nižších zeměpisných šířkách.

Nic z toho neznamená, že sluneční vítr pro nás v posledních letech nebyl problém. Před rozšířenou elektrifikací a vynálezem elektroniky byl náš vztah ke slunečnímu větru omezen pouze příchodem polární záře. Jakmile jsme však začali používat elektřinu k napájení velké části našeho moderního světa, stal se solární vítr mnohem větším problémem.

A i když přímo nic nezničí, stále může mít nepředvídatelné dopady na životní prostředí, kterým teprve začínáme rozumět. SpaceX ztratilo asi 40 nových satelitů Starlink krátce po startu, kdy silné sluneční větry interagovaly s atmosférou Země a způsobily její expanzi.

Tato geomagnetická bouře vytvořila náhlý a dramatický nárůst atmosférického odporu, který zabránil satelitům vystoupat na jejich plánovanou oběžnou dráhu. V důsledku toho byly vyřazeny a spáleny v hustých vrstvách atmosféry.

Eugene Parker, který objevil sluneční vítr v 1950. letech, se v roce 2018 účastní předběžného brífinku NASA o projektu solární sondy, která nese jeho jméno. Zdroj: NASA/Kim Shiflett

Kdo objevil sluneční vítr

Vzhledem k tomu, že dvě z nejpozoruhodnějších nebeských podívaných, polární záře a úplné zatmění Slunce, úzce souvisejí se slunečním větrem, je trochu překvapivé, že toto spojení nikdo neudělal, dokud to v roce 1957 neobjevil americký fyzik Eugene Parker.

Parker navrhl komplexní interakci mezi jadernou fúzí, elektromagnetismem a vysoce nabitou sluneční plazmou a výsledek nazval „sluneční vítr“. Když Parker předložil článek o této myšlence do Astrophysical Journal, recenzenti byli kousaví. Editor časopisu, renomovaný astrofyzik Subrahmanyan Chandrasekhar, však v Parkerově matematice nenašel nic závadného, ​​a tak rozhodnutí recenzentů zrušil a článek zveřejnil.

Jen o tři roky později sonda NASA Mariner II na své cestě k Venuši získala data, která dala Parkerovi za pravdu, a jeho teorie se brzy stala vědeckým konsensem. Jakmile se lidstvo naučilo vysílat satelity na oběžnou dráhu, bylo možné potvrdit podrobnější informace o povaze slunečního větru.

„Mnoho z jeho průkopnických prací, které byly potvrzeny následnými vesmírnými misemi, určilo mnoho z toho, co víme o interakci systému Slunce-Země,“ napsala NASA o Parkerovi. “O více než půl století později kosmická loď.” Parker Solar Sonda poskytuje klíčové pozorovací schopnosti pro Parkerovy průkopnické teorie a nápady, které informovaly generaci vědců o fyzice Slunce a magnetických polích kolem hvězd.“

READ
Kdy můžete zasadit chryzantémy na otevřeném prostranství?

Výron koronální hmoty, kterému někdy předcházejí sluneční erupce, i když nevíme, jak k tomu dochází a zda spolu vůbec souvisí. Zdroj: SOHO (ESA/NASA)

Jaký je rozdíl mezi sluneční erupcí a slunečním větrem?

Sluneční erupce a sluneční vítr mají podobný zvuk, ale existuje mezi nimi několik klíčových rozdílů, protože jde o zcela odlišné jevy.

Za prvé, sluneční erupce jsou náhlé, lokalizované erupce elektromagnetického záření v atmosféře Slunce a nejsou to erupce částic.

Za druhé, vznikají jiným procesem než sluneční vítr. O této otázce se stále diskutuje, ale obecně se má za to, že sluneční erupce nastávají ve vysoce magneticky aktivních oblastech sluneční atmosféry, když jsou nabité rychlé částice urychlovány na rychlost blízkou rychlosti světla a interagují se sluneční plazmou.

Jedním z možných důvodů by mohl být jev známý jako magnetické přepojování, fyzikální proces, při kterém se silné magnetické siločáry vzájemně ovlivňují a přeskupují. To přeměňuje magnetickou energii na kinetickou a tepelnou energii, což může způsobit náhlé zrychlení nabitých částic, jako jsou elektrony.

Jedna z teorií, jak se to děje na Slunci, je, že sluneční arkády – hustá řada koronálních smyček – se tvoří podél magnetických siločar, které se pak magneticky spojí s další arkádou a vytvoří náhle odpojenou magnetickou spirálu. Toto odpojení má za následek uvolnění obrovského množství energie v elektromagnetickém spektru, které vidíme jako sluneční erupce.

Důvodem, proč většina lidí spojuje sluneční erupce se slunečním větrem, je jev, který někdy vidíme po sluneční erupci. Po tomto výbuchu energie v koroně někdy následuje výron koronální hmoty, což je náhlá erupce nabitého plazmatu z koróny ve směru slunečního větru.

Pokud nakreslíme analogii, výron koronální hmoty ve srovnání se slunečním větrem je jako tornádo a příjemný letní den na pláži. Většina našich obav z toho, že vesmírné počasí vyřadí satelity, naruší rozvodné sítě a dokonce zhroutí internet, ve skutečnosti souvisí pouze s výrony koronální hmoty.

Množství plazmy, které může být vyvrženo do vesmíru při výronu koronální hmoty, je řádově větší než při nejaktivnějším slunečním větru. Pokud by dnes Zemi zasáhl velký výron koronální hmoty, překonal by magnetické pole Země a uvolnil by na planetu silné proudy nabitých částic.

Aby bylo jasno, kromě těch s kardiostimulátory nebo podobnými zdravotnickými zařízeními to nebude mít zásadní dopad na naše životy. Málokdo by si všiml nějakých změn – snad kromě pár překvapených pohledů na oblohu nad Ekvádorem, která najednou zazáří s bystrozory . Ve skutečnosti se vědci domnívají, že Země byla za posledních 4,5 miliardy let vystavena podobným výronům koronální hmoty nesčetněkrát, a přesto jsme stále naživu.

Proudy pohybujícího se vzduchu se běžně nazývají vítr. To je pozorováno nejen na Zemi, ale i na jiných planetách a dokonce i hvězdách. Vědci zjistili, že existuje i sluneční vítr, a také prokázali jeho přímý vliv na počasí a dokonce i na pohodu lidí. Povaha tohoto jevu je popsána v materiálu 24SMI.

READ
Co lze udělat pro to, aby kráva dala všechno mléko?

Co je sluneční vítr

Kam spadl tunguzský meteorit? Implikace a hypotézy

Sluneční vítr jsou ionizované částice, které pocházejí ze Slunce. Hvězda vyzařuje proudy v různých směrech, které se skládají z vodíkovo-heliového plazmatu. Teplota koróny hvězdy je obrovská, a proto je rychlost pohybu elektronů a iontů v ní tak vysoká, že gravitační síly nejsou schopny hmotu udržet. Výsledkem je, že některé částice létají do vesmíru.

Dotyčný jev by se neměl zaměňovat se slunečním zářením. Prvním je proudění ionizovaných částic. A druhým je proud fotonů, které nejsou nabité a jsou v nepřetržitém pohybu, vyvíjejí rychlost až 300 000 km/s a dosáhnou Země za 8-16 sekund.

Jak rychle fouká sluneční vítr?

Za zmínku stojí, že sloveso „fouká“ není pro popis tohoto jevu příliš vhodné, protože sluneční vítr není analogický k pozemskému – nemluvíme o vzduchu, ale o proudění hvězdné hmoty. Ionizované částice létají rychlostí 400 kilometrů za sekundu, někdy zrychlují na 500-800 km/s.

Vědci rozlišují dva typy slunečního větru:

  1. Pomalé – husté, vznikající při tepelné expanzi ionizovaných plynů na rovníku hvězdy. Toky koronální plazmy pod vlivem dynamického procesu vyvinou rychlost až 400 km/s.
  2. Rychlý – pocházející z koronálních otvorů. Proudy jsou vyzařovány na Zemi po dobu 27 dní – během této doby hvězda provede plnou rotaci kolem své osy.

Vědci zaznamenali i narušené proudění, jehož rychlost je 1000-1200 km/s. K tomuto jevu dochází v důsledku koronálních ejekcí, které způsobují magnetické bouře.

Dopad na Zemi

Sluneční vítr není rovnoměrný – jak hvězda rotuje, se Zemí se protínají rychlé a pomalé proudy. Neustálé změny v rychlosti pohybu částic negativně ovlivňují magnetosféru planety a způsobují magnetické bouře, polární záři a další jevy.

Ionizované částice předávají energii atomům plynů v atmosféře a způsobují záři – polární záři. A když jsou energetické, nabité částice zachyceny a drženy kolem planety magnetickým polem, vytvoří se radiační pás.

Schematické znázornění interakce slunečního větru s magnetosférou Země (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Structure_of_the_magnetosphere-ru-1.svg?uselang=ru)

Schematické znázornění interakce slunečního větru s magnetosférou Země / Wikimedia

Jev ovlivňuje i počasí, včetně tvorby bouřkových front. Ve dnech, kdy nabité částice dosáhnou Země, je pravděpodobnější, že se v atmosféře vytvoří blesk. A protože sluneční aktivitu monitorují satelity, výsledky studie pomáhají včas vědět o pravděpodobnosti silné bouřky.

Vědci prokázali vliv tohoto jevu na lidský organismus. Vědci z Ruského Shaferova institutu sibiřské pobočky Ruské akademie věd analyzovali počet volání po lékařské péči za určité časové období a zjistili, že ve dnech magnetických bouří se zdraví lidí trpících srdečními a cévními onemocněními nemoci se zhoršovaly častěji.

Hlídání hranic sluneční soustavy

Sluneční vítr je tedy jev, který pro Zemi představuje určité nebezpečí. Ale zároveň je nutné, aby ji sluneční soustava chránila před ničivějšími silami vesmíru. Proudy nabitých částic vytlačují mezihvězdný plyn. Na hranici srážky slunečního větru s kosmickým zářením vzniká heliopauza – stěna žhavého plazmatu. Tato oblast tlumí záření, které pochází z jiných hvězd a výbuchů supernov.

NASA vydala sondu Voyager 2, která prošla heliopauzou v roce 2018. Objekt sbíral informace o teplotě této oblasti, která na hranici sluneční soustavy dosahuje 31 000 °C. Ukázalo se, že toto číslo je vyšší, než vědci vypočítali. Vědci došli k závěru, že síla slunečního větru, který se sráží s kosmickým zářením, je mnohem silnější, než se dříve myslelo.

READ
Jak správně loupat růžičkovou kapustu?

Studium jevu

První domněnky o existenci slunečního větru se objevily v polovině 1859. století. Tuto myšlenku vyslovil v roce XNUMX britský astronom Richard Carrington. Při pozorování sluneční erupce, která v té době probíhala, si badatel všiml, že druhý den začala na Zemi geomagnetická bouře. Vědec předpokládal, že mezi těmito jevy existuje souvislost.

Po 70 letech astronomové vypočítali teplotu sluneční koróny – přes 1 milion stupňů Celsia. Britský geofyzik Sidney Chapman poznamenal, že při takových teplotách plyn odvádí teplo stovky tisíc kilometrů od zemské oběžné dráhy. Ke studiu podstaty tohoto jevu v astronomii přispěl německý vědec Ludwig Biermann, který prokázal existenci větru pomocí komet pozorovaných ve sluneční soustavě. Výzkumník si všiml, že ocas těchto objektů je nasměrován opačným směrem než hvězda. Astronom věřil, že ohon se objevuje v důsledku proudění částic vyvíjejících tlak na plyn.

Definici „slunečního větru“ zavedl v roce 1958 Američan Eugene Parker. Astronom analyzoval výzkum Birmana a Chapmana a všiml si následujícího: tepelná vodivost sluneční koróny je tak dobrá, že teplota jejích horních vrstev zůstává dostatečně vysoká i v takové vzdálenosti od jádra hvězdy, kde gravitace hvězda slábne. To umožňuje jádrům helia, protonů a elektronů, které tvoří „vítr“, létat do mezihvězdného prostoru.

Astronom Eugene Parker, průkopník heliofyziky, byl první, kdo použil termín „sluneční vítr“

Průkopník heliofyziky astronom Eugene Parker jako první použil termín „sluneční vítr“ (Kennedy Space Center, 2018) / Kim Shiflett/NASA

Předpoklady získaly důkazy v roce 1959. Výzkum probíhal na stanici Luna-1 vypuštěné SSSR. A v roce 2016 se observatoři NASA STEREO podařilo odhalit samotný proces vzniku toků ionizovaných částic.

Magnetické bouře tisíciletí

Již zmíněný Carrington si při svém výzkumu všiml souvislosti mezi erupcemi na centrální hvězdě Sluneční soustavy a změnami v zemské magnetosféře. V září 1859 astronom zaznamenal magnetickou bouři, která se stala nejsilnější v historii výzkumu tohoto jevu a byla nazvána „Carringtonova událost“.

Vědec zaznamenal sluneční skvrny na povrchu hvězdy. Vzplanutí vyvolalo koronální výron, který dosáhl zemského povrchu za 18 hodin místo 3-4 dnů. Geomagnetická bouře, která začala 1. září 1859, vyřadila telegrafy v Evropě a Spojených státech a polární záři byly pozorovány i nad Karibikem.

V březnu 1989 došlo k další geomagnetické bouři, nejsilnější od počátku vesmírného věku, který výzkumníci nazvali „Quebec Darkness“. V kanadské provincii, která dala její jméno, selhaly generátory elektřiny a zůstalo bez elektřiny 6 milionů lidí. Událost prokázala přímou souvislost mezi slunečními erupcemi a provozem technologie.

V červenci 2012 došlo k další silné koronální ejekci. Síla této geomagnetické bouře by mohla konkurovat „Carringtonské události“. Naštěstí část sluneční atmosféry, kde došlo k erupci, byla otočena opačným směrem než Země.

Slibné zdroje energie

Solární vítr přitahuje výzkumníky jako zdroj energie. Zaměstnanci Washingtonské státní univerzity věří, že solární plachty o délce 8400 1 kilometrů pomohou sklízet větrnou energii – a tak plánují vyrobit XNUMX kvintilion GW energie. Vědci také plánují studovat turbulence tohoto jevu, aby se naučili, jak získat termonukleární fúzi z hvězdného plazmatu – pomocí příkladu „větru“ chtějí astronomové zjistit, za jakých podmínek je plazma stabilní, což zjednoduší úkol.

Rate article
Add a comment

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: