В феврале 2021 года было объявлено о новой форме «наэлектризованного газового бриза», см. блог Тони Филлипса под названием « Новая форма космической погоды: земной ветер» , который может быть возможным объяснением следов воды на Луне:
«Земной ветер» исходит от осей нашей планеты. Каждый день, 24/7, фонтаны газа выбрасываются в космос с полюсов. Утечка ничтожна по сравнению со всей земной атмосферой, но ее достаточно, чтобы заполнить магнитосферу буйством быстро разлетающихся заряженных частиц. Ингредиенты включают ионизированный водород, гелий, кислород и азот.
Раз в месяц на Луну обрушивается порыв земного ветра. Это происходит во время полнолуния, когда магнитный хвост Земли направлен, как дробовик, на лунный диск.
Я подозреваю, что все планеты с атмосферой должны демонстрировать такие планетарные ветры (даже не имея сильного магнитного поля), но я уверен, что его никогда не называли ветром Венеры или ветром Юпитера , поскольку это, естественно, относится к процессам в атмосфере соответствующих планет. планета. Кто-нибудь знает (публикации) на тему газовых струй, вырывающихся из солнечных планет с атмосферой? Какой порядок величины будет иметь такой поток частиц для Венеры или Юпитера?
Изучая литературу, статья Wang et al. 2021, я почти уверен, что термин «Земной ветер» должен быть недавним изобретением, возможно, самих авторов.
Однако правильно называть солнечный ветер ветром. Это связано с тем, что ветер представляет собой объемное движение коллективно связанного газа под давлением. Солнечный ветер в своей основе приводится в движение огромными градиентами давления через горячую солнечную корону в 1 миллион Кельвинов.
В то время как первичная, богатая водородом атмосфера Земли могла испытать такое явление, неправильно называть нынешний выброс атмосферы «ветром».
Но теперь отбросим словарный запас, нынешние скорости выхода из атмосферы на планетах земной группы определяются различными процессами выхода ионов, наиболее важным из которых является выход из полярного куспида. Таким образом, данные, которые вы на самом деле ищете, — это данные об уходе полярных каспов с различных орбитальных аппаратов. К счастью, Gunell et al. (2018) представили недавний сборник по этому вопросу (см. их таблицу A.1) и попытались провести простое моделирование данных. Для Марса и Венеры нет данных об уходе от полюсов, поскольку эта концепция не применима к этим планетам. Другие процессы ухода в среднем меньше для водорода, но больше для ионов кислорода.
Точно так же я думаю, что нет данных об утечке газов из газовых гигантов. Магнитосферы Юпитера и Сатурна были изучены, а их популяции частиц охарактеризованы, но я думаю, неясно, какая часть содержимого магнитосферы в конечном итоге теряется. Нет надежных данных об уходе Урана и Нептуна от полюсов, поскольку эти планеты когда-либо посещались только одним единственным пролетом (вояджером-2).
Все планеты теряют небольшое количество атмосферных газов из-за того, что некоторые атомы/молекулы (даже нейтральные) имеют достаточно высокую энергию, чтобы покинуть гравитационное поле планеты. Это, как правило, больше влияет на более легкие элементы, поскольку они имеют более высокие скорости при той же температуре. Этот вид теплового «дегазирования» в принципе аналогичен производству «солнечного ветра».
Выбросы ионов в полярных областях, упомянутых в этой ссылке, происходят по несколько иному механизму. Они вызываются электрическими полями (плазменными поляризационными полями) в ионосфере. Но это, в свою очередь, происходит из-за того, что электроны не связаны гравитацией и, таким образом, могут покинуть землю, создавая тем самым чистое электрическое поле. Они могут уйти только в области открытых силовых линий магнитного поля, т.е. вблизи полюсов. Опять же, это также результат того, что некоторые частицы могут покинуть гравитационное поле.
Нетрудно рассчитать количество газа, которое может вырваться из гравитационного поля планеты. Рассмотрим атомарный водород (масса m=1,6*10 -24 г} в случае Земли. Плотность на высоте около 400 км (выше которой атмосферу можно считать бесстолкновительной) составляет около
Температура может сильно колебаться между примерно и в зависимости от времени суток и солнечной активности. Возьмем среднее значение здесь. Тогда высота 400 км составит радиус на этом уровне и, таким образом, общая площадь сферы . Поток убегания от одного квадратного сантиметра этой сферы равен (при условии распределения скоростей Максвелла и с учетом того, что только половина атомов (идущих вверх) может убежать)
где тепловая скорость
с постоянная Больтмана и
скорость убегания от планеты с массой (=6*10 27 г для Земли) с радиусом R и гравитационной постоянной G.
При данных значениях это приводит к потоку убегания атомов H из и, таким образом, общая потеря массы водорода . Если вы посмотрите на страницу Википедии https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_escape#Earth , они дают 3 кг/сек для потери водорода Землей, что немного больше, но тогда эта цифра может быть основана на различных физических параметров, тем более, что это очень сильно зависит от температуры. При Т=2000 К результат был бы уже 4,4 кг/сек по приведенному выше расчету. Для других элементов, кроме водорода, скорость потерь намного ниже, хотя и из-за меньших тепловых скоростей. Даже при 2000 К гелий, например, теряется только со скоростью 4*10 -3 кг/с, а атомарный кислород даже со скоростью около 10 -18 кг/сек.кг/сек. Все это в первую очередь предполагает максвелловское распределение скоростей, которое может быть, а может и не быть точным приближением в высокоскоростном хвосте распределения.
В случае солнечной плазмы есть осложнение, заключающееся в том, что электроны практически не связаны гравитацией из-за их малой массы. Это означает, что они будут свободно улетучиваться до тех пор, пока не будет достигнуто состояние равновесия, при котором Солнце становится положительно заряженным на такую величину, что их скорость убегания равна скорости убегания (гораздо более тяжелых) ионов (т. е. и электроны, и ионы должны иметь одинаковую чистая потенциальная энергия). Таким образом, игнорируя гравитационную потенциальную энергию электронов, в равновесии должно выполняться уравнение ( = гравитационная потенциальная энергия, = электрическая потенциальная энергия)
где левая часть представляет собой суммарную потенциальную энергию электрона, а правая часть — иона ( справа отрицательна, потому что положительно заряженное солнце скорее отталкивает, чем притягивает ионы).
Это уравнение, очевидно, дает нам
то есть электрическое поле, вызванное вылетом электронов (поле поляризации плазмы), эффективно снижает гравитацию на 1/2 для ионов. Таким образом, в приведенных выше уравнениях для расчета потока убегания мы должны эффективно уменьшить солнечную массу M в 1/2 раза (что уменьшает скорость убегания в множитель ). Делая это и предполагая плотность ионов в , можно сопоставить наблюдаемый поток/плотность солнечного ветра на Земле с температурой , что снова кажется разумным значением. Полная потеря массы в этом случае следует из сказанного выше как что также согласуется со значением, которое можно найти в другом месте.
АтмосферныйТюрьмаПобег
Брайан
создатель планет