Aktualności

W pierwszym tygodniu lipca w szwajcarskim Instytucie im. Paula Scherrera zakończyła się integracja i testy egzemplarza zapasowego instrumentu STIX. Urządzenie powstało na potrzeby misji Solar Orbiter, przygotowywanej przez Europejską Agencję Kosmiczną. Znaczący udział w pracach konstrukcyjnych miało Centrum Badań Kosmicznych PAN.

Więcej …
Fale magnetyczne od jonów pochwyconych zaobserwowane aż za orbitą Plutona Drukuj Email
wtorek, 21 sierpnia 2018 15:18

Przestrzeń międzyplanetarna wypełniona jest namagnesowaną plazmą emitowaną przez Słońce (wiatrem słonecznym) oraz atomami gazu międzygwiazdowego, głównie wodorem i helem, które bezustannie wnikają do heliosfery. Atomy międzygwiazdowe są jonizowane przez promieniowanie ultrafioletowe oraz wiatr słoneczny.

 

Wskutek jonizacji atomów gazu międzygwiazdowego powstają jony, zwane jonami pochwyconymi, które są natychmiast przechwytywane przez lokalne pole magnetyczne wiatru słonecznego i unoszone w przestrzeń międzyplanetarną. Po przechwyceniu przez pole magnetyczne jony zaczynają wirować wokół linii sił pola, wskutek czego stopniowo narastają charakterystyczne fale w polu magnetycznym wiatru słonecznego. Fale te można znaleźć w szeregach czasowych natężenia i kierunku pola magnetycznego, obserwowanych przez sondy międzyplanetarne.

Fale mają charakterystyczne sygnatury w obserwowanych szeregach czasowych pomiarów pola magnetycznego. Detekcja tych fal możliwa jest wówczas, gdy tempo wzrostu fali jest większe niż poziom turbulencji wiatru słonecznego, co zdarza się dość rzadko. Poszukiwanie takich zdarzeń jest trudne i żmudne, ale ważne, gdyż identyfikacja ich pozwala m.in. na przetestowanie modeli rozkładu gazu neutralnego w heliosferze oraz procesów chwytania nowopowstających jonów przez pole magnetyczne wiatru słonecznego. Tempo wzrostu fali zależy bowiem m.in. od tempa produkcji jonów. W uproszczeniu, im większe tempo produkcji jonów pochwyconych z gazu międzygwiazdowego, tym większe tempo wzrostu fali. Tempo produkcji jonów zależy wprost proporcjonalnie od gęstości gazu międzygwiazdowego w przestrzeni międzyplanetarnej oraz od tempa jonizacji tego gazu, które zmienia się z cyklem słonecznym i zależy od szerokości heliograficznej. Ponieważ rozkłady przestrzenne gęstości międzygwiazdowego wodoru i helu oraz ich tempa jonizacji są całkowicie odmienne, to tempa produkcji jonów pochwyconych tych pierwiastków różnią się znacząco od siebie. W odległościach mniejszych niż ok. 3 jednostki astronomiczne od Słońca tempo produkcji helu jest większe niż tempo produkcji wodoru, więc oczekuje się, że zdarzeń charakterystycznych dla powstawania fal towarzyszących chwytaniu jonów helu będzie więcej niż zdarzeń charakterystycznych dla jonizacji wodoru. Natomiast dla odległości większych niż 3 j.a., więcej jonów pochwyconych produkowanych jest z atomów wodoru niż helu.

Fale magnetyczne obserwowane były niemal w całej heliosferze w obrębie naddźwiękowego reżimu wiatru słonecznego, w odległościach od kilku dziesiątych do kilkudziesięciu jednostek astronomicznych od Słońca. Zaobserwowane zostały m.in. przez sondy ACE (w odległości 1 j.a. od Słońca) oraz Ulysses (od 1 do 5 j.a.). Szczególnie cennego materiału obserwacyjnego, pokrywającego obszar od 1 do ponad 40 j.a., dostarczyły sondy Voyager. Zespół badaczy z Uniwersytetu New Hampshire przeanalizował dane pola magnetycznego dostarczone przez sondy Voyager 1 i Voyager 2 w latach 1977 – 1990 i zidentyfikował ponad 600 zdarzeń zakwalifikowanych jako fale powstające podczas kreacji jonów pochwyconych gazu międzygwiazdowego. Naukowcy z Zakładu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki CBK PAN Justyna M. Sokół, Maciej Bzowski oraz Marzena A. Kubiak przeprowadzili oszacowania tempa produkcji jonów pochwyconych międzygwiazdowego wodoru i helu, które zostały następnie wykorzystane w badaniach zespołu amerykańskiego. W badaniach zastosowane zostały opracowane w ZFUSiA program symulacyjny Warsaw Test Particle Model (WTPM) oraz modele wiatru słonecznego i jonizującego promieniowania elektromagnetycznego Słońca, których naukowcy z CBK PAN użyli do obliczenia rozkładów międzygwiazdowego gazu helu i wodoru wewnątrz heliosfery oraz tempa produkcji jonów pochwyconych tych pierwiastków wzdłuż trajektorii obu sond Voyager. Przeprowadzone analizy wykazały, że fale wzbudzone przez nowopowstające jony pochwycone mogą powstawać również w odległościach dużo większych niż orbita Jowisza, nawet za orbitą Plutona, t.j. do 45 j.a. od Słońca. Amerykańsko-polski zespół uczonych uzyskał bardzo dobrą zgodność pomiędzy zaobserwowanymi częstościami detekcji fal towarzyszących chwytaniu jonów przez międzyplanetarne pole magnetyczne, a przewidywaniami modelu opartego o symulacje z CBK PAN.

 

Wyniki podsumowano w serii trzech artykułów Hollick i in., opublikowanych w renomowanych czasopismach astrofizycznych The Astrophysical Journal i The Astrophysical Journal Supplement Series z udziałem naukowców z Zakładu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki CBK PAN. Artykuły te dostępne są w Internecie pod adresami: http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aac83b, http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aac839, http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4365/aac83a.

Justyna M. Sokół & Maciej Bzowski

 

Poprawiony: środa, 22 sierpnia 2018 12:37
 
Start Z naszych badań Z naszych badań Fale magnetyczne od jonów pochwyconych zaobserwowane aż za orbitą Plutona
Naszą witrynę przegląda teraz 71 gości 
Joomla! jest wolnym oprogramowaniem dostepnym na licencji GNU GPL