Как разделяется плазмоид солнечного ветра при соприкосновении с магнитосферой?

Я хочу попытаться визуализировать (компьютерная графика) полярные сияния физически настолько реалистично и реалистично, насколько это возможно. Я знаю, что это явление еще полностью не объяснено (насколько это касается моих собственных исследований). Но при поиске информации я встречал много разных утверждений о том, как ведет себя плазма при ударе о магнитосферу. Итак, вот как я сейчас понимаю путешествие плазмы к Земле. Может я где-то ошибаюсь или мне не хватает физического образования:

  1. Солнце испускает солнечные ветры или выбросы корональной массы, которые оба являются плазмой. И хотя плазма содержит ионы, сама по себе она никак не заряжена. Плазменная «капля» нейтральна.
  2. Плазма движется к Земле довольно быстро (скорость света?). Когда он попадает в шок лука, он замедляется.
  3. И вскоре после того, как коснется магнитосферы. Что произойдет дальше, зависит от того, будет ли плазма солнечным ветром или КВМ?
  • Случай CME: плазма все еще имеет такую ​​высокую скорость, что происходит магнитное пересоединение. Таким образом, внешние силовые линии магнитосферы расщепляются на магнитном экваторе и изгибаются вверх/вниз к полюсам Земли. (Я смотрю со стороны земли. Значит солнечный ветер дует слева/справа)
  • Случай солнечного ветра: ионы плазмы движутся вдоль внешних силовых линий магнитосферы вращательным образом. (Из-за силы Лоренца? Или под каким влиянием электроны могут двигаться вверх и вниз вдоль силовых линий, которые являются векторами, направленными исключительно вверх, к южному магнитному полюсу Земли?)

Извините, если я затронул здесь странный вопрос. Как было сказано выше, я не студент-физик, и все полученные знания были получены из Интернета, веб-страниц НАСА и нескольких статей.

Ответы (1)

Плазма движется к Земле довольно быстро (скорость света?). Когда он попадает в шок лука, он замедляется.

Нет, плазма не движется со скоростью света. Он течет от солнца в ≥ 300 км/с (обычно ближе к 400 км/с и выше 800 км/с). Да, плазма, пересекающаяся с головной ударной волной, тормозится, так как все потоки проходят через ударную волну . Однако плазма, которая не попала в носовой удар, просто продолжает течь с прежней скоростью.

И вскоре после того, как коснется магнитосферы. Что произойдет дальше, зависит от того, будет ли плазма солнечным ветром или КВМ?

Типа, да. Основное отличие состоит в том, что корональные выбросы массы (CME), как правило, имеют более высокое прямое давление и геометрию магнитного поля, способствующую влиянию на магнитосферу Земли .

Случай CME: плазма все еще имеет такую ​​высокую скорость, что происходит магнитное пересоединение. Таким образом, внешние силовые линии магнитосферы расщепляются на магнитном экваторе и изгибаются вверх/вниз к полюсам Земли. (Я смотрю со стороны земли. Значит солнечный ветер дует слева/справа)

Нет, не совсем. Скорость КВМ не определяет, происходит ли магнитное пересоединение . Геометрия магнитного поля в CME по сравнению с магнитосферой определяет скорость пересоединения. Что касается того, что происходит при повторном подключении, я написал ответ на https://physics.stackexchange.com/a/559759/59023 , который может быть полезным.

Случай солнечного ветра: ионы плазмы движутся вдоль внешних силовых линий магнитосферы вращательным образом. (Из-за силы Лоренца? Или под каким влиянием электроны могут двигаться вверх и вниз вдоль силовых линий, которые являются векторами, направленными исключительно вверх, к южному магнитному полюсу Земли?)

Я действительно не уверен, что вы пытаетесь описать здесь. Я мог предположить, что вы думаете о траекториях отдельных частиц в дипольном магнитном поле. Если это так, поищите темы о захваченных частицах в радиационных поясах , чтобы увидеть три стабильных дрейфа частиц в дипольной геометрии.

И да, все это всегда происходит благодаря силе Лоренца . Частицы движутся вдоль магнитного поля, потому что часть силы Лоренца, связанная с магнитным полем, действует ортогонально магнитному полю. То есть в отсутствие электрических полей частицы могут течь точно вдоль магнитного поля, не испытывая силы, пока поле однородно/однородно и любые изменения происходят намного медленнее, чем типичный гиропериод.

Что касается визуализации ресурсов, вы можете поискать Goddard's Science Visualization Studio (SVS) .

Ой! Спасибо! Итак, когда я правильно понял ситуацию, электроны направляются к географическому северному/южному полюсу Земли, потому что они не могут проникнуть в радиационный пояс... но если так, то почему полярные сияния возникают по кругу/ овальная мода? Почему не вся местность полна полярных сияний, а просто круг, как корона сверху и снизу земли?
@kiaat - Почему электроны не могут проникнуть в радиационные пояса? Плазма в космосе бесстолкновительна, потому что плотность очень мала, а температура высока. Внешний радиационный пояс в основном состоит из энергичных электронов (от 100 кэВ до >10 МэВ). Полярные сияния вызываются электронами ~1-10 кэВ.
Они без столкновений?! Ну, это ново для меня! В моем воображении я думал, что электроны будут «скользить» по силовым линиям, а затем приземляться на магнитных южных/северных полюсах. Даже фотографии, которые я видел до сих пор, подразумевали это. Это проясняет мой главный вопрос, спасибо! Но меня все еще смущает, что зона полярного сияния представляет собой круговую линию, а не полный круг?
@kiaat - Бесстолкновение означает, что частицы могут перемещаться на очень большие расстояния, не подвергаясь кулоновскому столкновению. Технически плазма в лучшем случае является слабостолкновительной, но в случае ударов она бесстолкновительна, потому что длина свободного пробега примерно на 6 порядков больше, чем толщина удара.
Как разделяется плазмоид солнечного ветра при соприкосновении с магнитосферой?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v