Solarni vetar

Elektromagnetno zračenje i brze čestice stalno napuštaju Sunce. Zračenje se od fotosfere udaljava brzinom svetlosti i za 8 minuta stiže do Zemlje a čestice se kreću brzinom od oko 500 km/si stižu do Zemlje za nekoliko dana. Ovaj stalni “potok” čestica naziva se solarni vetar.

Solarni vetar sastoji se od elektrona i pozitivnih čestica (95 % protona i oko 4,5 % jezgra helijuma). Na rastojanju Zemljine orbite, zavisno od aktivnosti Sunca, svake sekunde kroz kvadratni metar poprečne površine “prostruji” između 5·10¹¹ i 5·10¹² protona. Koncentracija protona u blizini Zemljine orbite iznosi u proseku oko 5·10⁶ m^-3. Svake sekunde Sunčev vetar u međuplanetarni prostor odnese, u obliku kinetičke energije, oko 10²¹ do 10²² J (poređenja radi Sunce svake sekunde izrači 3,86·10²⁶ J.

Solarni vetar je izazvan visokom temperaturom korone. Na rastojanju od oko 10 miliona kilometara od fotosfere, koronarni gas je dovoljno vreo, a čestice gasa dovoljno brze, da savladaju gravitaciono privlačenje Sunca i odu u međuplanetarni prostor. U isto vreme atmosfera izgubljeni materijal nadoknađuje sa površine Sunca. Ako se ovo andoknađivanje materijala ne bi dešavalo korona bi isparila za samo dan-dva. Ustvari, šitavo Sunce stalno isparava, stalno gubeći masu koju odnosi solarni vetar. Ali, solarni vetar ima vrlo malu gustinu. Bez obzira na to što vetar svake sekuned sa Sunca odnosi između 10⁸ i 10⁹ kg materijala, od kad je nastalo pa do danas Sunce je na ovaj način izgubilo samo 0,1% svoje ukupne mase. Znači. naša zvezda stvarno polako isparava ali ona gubi zanemarljivu količinu svoje mase.

Područije širenja Sunčevog vetra naziva se heliosfera. Procenjuje se da je njena granica na rastojanju između 50 i 100 astronomskih jedinica od Sunca, što je daleko iza orbite Plutona.

X – zračenje i koronarne rupe

Koju vrstu zračenja emituje gas na temperaturi od 1.000.000K? Za razliku od fotosfere sa temperaturom od 6.000K, koja najviše zrači u vidljivom delu spekta, topliji koronarni gas emituje elektromagnetno zračenje mnogo viših frekvencija i energija, najviše X-zrake. Iz tog razloga teleskopi za detekciju X-zračenja su postali vrlo značajni za proučavanje korone Sunca. Na slici prikazano je Sunce snimljeno u spektru X-zračenja. Korona se prosire daleko iza oblasti koje su zabeležene na slici, ali zračenje tih oblasti je vrlo slabo (zbog male gustine gasa) pa instrumenti nisu mogli da ga registruju.

Sredinom 70-tih godina XX veka instrumenti postavljeni izvan NASA-ine svemirske stanice Skylab registrovali su da solarni vetar najviše “duva” kroz tzv. koronarne rupe. Tamna oblast na slici predstavlja koronarnu rupu. Ova oblast nije rupa u pravom smislu reči, već je njena gustina dosta manja, oko 10 puta, od gustine drugih delova korone. Nedostatak materijala u oblastima koronarnih rupa posledica je činjenice da gas može slobodno da otiče u okolni prostor, velikom brzinom, vođen poremećajima u atmosferi i magnetnom polju zvezde. Na mestima gde s enalaze koronarne rupe linije magnetnog polja se prostiru od površine Sunca do daleko u međuplanetarni prostor. Naelektrisane čestice nastoje da prate linije magnetnog polja i zbog toga napuštaju površinu Sunca. U drugi delovima korone linije magnetnog polja ostaju vrlo blizu površine Sunca i tako zadržavaju naelektrisane čestice u blizini površine onemogućavajući oticanje solarnog vetra (ovo je ekvivalentno situaciji na Zemlji gde magnetno polje naše planete teži da spreči čestice solarnog vetra da padnu na Zemlju). Najveće koronarne rupe mogu da imaju dimenzije merene stotinama hiljada kilometara. Strukture takve veličine mogu se videti, u proseku, samo nekoliko puta svake decenije. Manje rupe, dimenzija desetak hiljada kilometara, mnogo su češće i javljaju se svakih nekoliko sati.

Uticaj Sunca na magnetosferu Zemlje

Zemlja, slično Suncu, takođe poseduje dipolno magnetno polje. Ovo magnetno polje možemo zamisliti kao da se u unutrašnjosti naše planete nalazi jedan ogroman magnet. Južni pol ovog magneta nalazi se u kanadskom arktičkom područiju, a severni na Antarktiku.

Zemljino magnetno polje širi se na sve strane daleko u prostor, ali tako da se u smeru prema Suncu prostire do rastojanja samo 10 puta većeg od njenog poluprečnika, a u suprotnom smeru pruža se u obliku repa komete. Razlog ovakvog oblika magnetnog polja naše planete je u delovanju Sunčevog vetra.

Za Zemlju, Sunčev vetar je veliki, razređen gasovit oblak koji se kreće. Brzina kretanja ovog oblaka je desetak puta veća od brzine prostiranja zvuka u gasu. Gas koji se kreće sa Sunca sa sobom nosi magnetno polje Sunca, pa pri sudaru ovog polja sa razređenom Zemljinom atmosferom dolazi nastanka udarnog talasa sa one strane Zemlje koja je okrenuta ka Suncu, slično talasu koji nastaje kad kroz vazduh prolazi puščani metak. Zemljino magnetno polje suprotstavlja se magnetnom polju Sunca. Zbog toga je magnetno polje naše planete ograničeno sa strane prema Suncu. Ova granica nije čvrsta već se menja zavisno od jačine vetra i njegovog magnetnog polja.

Na noćnoj strani naše planete magnetosfera se slobodno širi i ono ima oblik repa komete. U sredini repa dolazi do poništavanja magnetnog polja i taj deo naziva se neutralni sloj.

U polarnim oblastima jačina magnetnog polja je najveća a linije sila su dosta blizu površini Zemlje. Naelektrisane čestice se uvek kreću u pravcu linija magnetnog polja pa im je zbog oblika linija u polarnim oblastima tu najlakše da stignu u niže delove atmosfere. Pristigle naelektrisane čestice sudaraju se sa atomima gasa atmosfere, pobuđuju ih i gas počinje da svetli. Tako nastaje polarna svetlost. Polarna svetlost nastaje na visinama gde je gas dovoljno redak da čestice mogu kroz njega da prolaze ali i dovoljno gust da može da dođe do dovoljnog broja sudara čestica sa atomima gasa. To su najčešće visine između 100 i 250 km, ali polarne svetlosti se mogu javiti i na visinama do 1.000 km. Polarna svetlost se javlja u različitim oblicima, a boja je zelena ili crvena zbog toga što gas atmosfere emituje svetlost određenih frekvencija a ne belu svetlost.