Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A Voyager szondák mérései, a külső Helioszféra és csillagközi környezete Király Péter MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Kozmikus Fizikai Osztály Budapest,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A Voyager szondák mérései, a külső Helioszféra és csillagközi környezete Király Péter MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Kozmikus Fizikai Osztály Budapest,"— Előadás másolata:

1 A Voyager szondák mérései, a külső Helioszféra és csillagközi környezete Király Péter MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Kozmikus Fizikai Osztály Budapest, november 8.

2 Bevezető megjegyzések Napunk plazmakörnyezetét a napszél uralja, amely a Föld pályájának távolságában (1 AU ill. 1 CsE) csupán néhány iont tartalmaz cm 3 -enként, sebessége néhány száz km/s, sokszorosan nagyobb, mint a napszél-plazmában a magnetohidrodinamikai hullámok sebessége. A lokális csillagközi gáz részben semleges atomokat tartalmaz, ionizált része csak nehezen keveredik a mágnesezett napszéllel. A csillagközi semleges atomok behatolnak a napszélbe, ott részben ionizálódnak (pick-up), részben elérik a Föld pályáját is. A napszél-ionokkal töltést cserélve semleges napszél-atomok is megfigyelhetők műhold-pályáról. Ezeket méri az IBEX szonda.

3 Megbeszélendő témakörök 1.Nap, Naprendszer, napszél, mágneses tér, Helioszféra 2.A két Voyager szonda küldetése, pályája, műszerei 3.Bolygók, holdak, bolygóközi mérések 4.A nagy lökéshullámon belüli napszél-tartomány 5.A helioszférikus lökéshullám körüli tartomány 6.A szubszonikus napszél és a heliopauza 7.Semleges atomok, pick-up ionok, anomális KS, KS 8.Kilépett már a Voyager-1 a csillagközi közegbe? 9.A környező és távolabbi csillagközi gáz 10.Az IBEX küldetés és váratlan eredményei

4 Mi a Naprendszer és mi a Helioszféra? Naprendszer: Napunk gravitációs vonzáskörzete, ahol a Nap vonzása dominál, és ahonnan az égitestek csak ritkán tudnak kiszabadulni, pl. közel elhaladó más csillagok hatására. Sugara: 1-2 fényév (1 fényév = CsE). Nincs éles határa. Köznapi értelemben: a 8 bolygó és kísérőik (kb. 30 AU sugárig) Helioszféra: Napunk plazmakörnyezete, ahol a Napból kiáramló napszél dominálja a plazmafolyamatokat. A napszél mágneses tere spirális a Nap forgása miatt. A csillagközi szél kb. úgy határolhatja a napszelet, mint a napszél az üstökösökből kiáramló gázt, vagy Földünk magnetoszféráját, de az analógia nem teljes.

5 Részben analóg rendszer: Földünk magnetoszférája, amelyet a napszél határol. A napszelet határoló lokális csillagközi közegről kevesebbet tudunk,

6 Csillagközi szél Külső lökéshullám Gyors napszél Belső lökéshullám Heliopauza Belső köpeny (lassú napszél) Külső köpeny Ionok Atomok Kozmikus sugárzás Elképzelés a Helioszféra szerkezetéről és határairól

7 A Helioszféra „nagy lökéshulláma” otthoni lefolyómban

8 A Nap-eredetű és a csillagközi plazma ionizált részének várt áramlása a Nap körüli Helioszférában és környezetében. Kérdés: menyire torzítja az egyszerű képet a belső és külső eredetű mágneses tér találkozása és a nagy energiájú részecskék okozta nyomás?

9 Vagy inkább ilyen lehet a Helioszféra? Létezik-e itt a hajóknál látható orrhullám, az lökéshullám-e, és mögötte forró a plazma?

10 A napszélbe fagyott archimedesi spirál mágneses tér szerkezete. A napciklustól függően északon kifelé vagy befelé irányuló mágneses teret a délitől áramlemez választja el. A lökéshullámon túl az erővonalak besűrűsödnek (vö. Erdős Géza előadásával).

11 A Voyager-küldetés

12 Előzmények 1961: „gravitációs rásegítés” ill. „gravitációs parittya” elv 1964-ben Gary Flandro PhD előtt, nyári gyakorlaton rájött, hogy ezen elv alapján a külső naprendszer bolygóit a 70-es években induló szondákkal mind végig lehetne látogatni. Ez 170-évenként lehetséges. Végül a Voyagerek kb. ezt az elképzelést valósították meg.

13 A Voyager űrszondák küldetése Elsődleges küldetés: a külső bolygók és holdjaik vizsgálata Másodlagos küldetés: a Helioszféra szerkezetének és határának vizsgálata, szerencsés esetben a csillagközi környezet kutatása A Voyager-1 (V1) a Jupiter és Szaturnusz környezetét, míg a V2 ezek mellett az Uránusz és Neptunusz rendszerét kutatta után a Helioszféra vizsgálata elsődleges feladattá vált. Mindkét űrszonda kisebb károsodásokkal túlélte a nagybolygók környezetét, de a V1 plazmaműszere a Szaturnusznál elromlott. Várhatóan mindkét szonda ig küldhet adatokat a napszél és a csillagközi környezet bonyolult kölcsönhatásáról.

14 A Helioszférából kifelé tartó szondák jelenlegi helyzete (a csillagközi szél alulról ill balról fúj, sebessége kb. 24 km/s)

15 Néhány adat a Helioszférát, sőt később a Naprendszert is elhagyni készülő szondákról

16 A két Voyager szonda pályája 1990-ig

17 A Jupiter és holdjai, a Szaturnusz és a Neptunusz (V2, 1989-ig)

18 Az 1977-ben indított Voyager szondák szerkezete V2 és V1 36 éves születésnapja: aug. 20 ill. szept. 5. Jelenlegi távolságuk a Naptól: kb. 103 ill. 126 AU Fontos fedélzeti egységek: Radioaktív hőgenerátor (RTG), Pu 238 oxid, 88 éves felezési idő Nagynyereségű antenna (23 W) Programozható számítógépek Magnó 62,5 MB kapacitással

19 A számunkra legfontosabb műszercsoportok Két szupratermális és energikus-részecske detektor: LECP (Low-Energy Charged Particle) detektor: 30keV-200MeV. Léptetőmotorral forgatott platform, irányeloszlás mérése CRS (Cosmic Ray Subsystem): 0.5 – 500 MeV/n, különböző ionok megkülönböztetése, elektron-detektálás Napszélplazma-detektor (Csak a Voyager 2-n működik): plazma sűrűsége, hőmérséklete és sebessége, 10 eV - 6 keV tartomány Magnetométer (a szonda forgatásával időnként kalibrálni kell) Plazmahullám detektor: 10Hz - 56kHz, két 10 m-es antennával.

20 Mindkét szonda áthaladt már a napszél szuperszonikus és szubszonikus tartományát elválasztó nagy lökéshullámon, 2004 decemberében ill augusztusában, és az áthaladások sok meglepetést okoztak. Azóta a Voyager szondák a Helioszféra belső, lassú napszelet tartalmazó köpenyében haladtak kifelé, más-más környezetben. Emellett a 2008-ban fellőtt IBEX szonda is váratlan szerkezetet talált a külső helioszférából beáramló semleges atomoknál. Legújabb, még részben megmagyarázatlan felfedezés: augusztus 25-én a V1 áthaladt egy éles határon, ahol a néhány 100 keV-estől néhány 10 MeV-ig terjedő energiájú ionok fluxusa drasztikusan csökkent – kiléphetett a Helioszférából a csillagközi szélbe, vagy új, ismeretlen tartományba jutott.

21 A változások első jelei: MeV-es ionok drasztikus csökkenése, ugyanakkor a >70 MeV felettiek növekedése (július végén).

22 „Voyager-1 data appear to indicate that our most distant messenger might be leaving the Heliosphere just now: low-energy ion count rates have drastically decreased, while those of relatively high-energy ones started to sharply increase. Of course it may not be the final farewell yet, but the changes are quite spectacular at present (see the current data enclosed).” augusztus 3-án, miután a július végi intenzitás- adatok a NASA-tól beérkeztek, az alábbi t küldtem több ismert kozmikus fizikusnak: (Bár ez akkor tényleg csak múló változásnak bizonyult, pár héttel később valóban végbement a maradandó változás is.)

23 2012. aug. 25-től a MeV-es fluxus stabilan lecsökkent, a 70 Mev fölötti (kozmikus sugárzás) megnövekedett. Azóta is lényegében változatlan mindkét fluxus.

24 Más energiákon is hasonlóak a változások: Energikus részecskék fluxusának változásai különböző energiákon 2004-től kezdve. Érdekes összevetni a lökéshullámot megelőző és a Helioszférából való kilépés után mért fluxus-adatokat!

25 3,4 és 17,6 MeV közötti energiájú ionok beütésszámának változásai (ilyen energiákon a legnagyobb a fluxus százalékos csökkenése)

26 Miért késtek több, mint egy évet annak bejelentésével, hogy aug. 25-én a Voyager-1 kilépett a Helioszférából? Ellenőrizni akarták, hogy a mágneses tér iránya lényegesen megváltozott-e, és „körbefolyja-e” a Helioszférát (draping). Ez hosszú időt vett igénybe, és negatív eredménnyel zárult, bár a mágneses tér erőssége a „kilépéskor” megnőtt. Nem volt elmélet, ami a kis energiájú és >70 MeV-es ionok ilyen gyors, ellentétes intenzitásváltozását magyarázni tudta. A Voyager-1 plazmaműszere nem működött, így a plazma állapotváltozását nem tudták közvetlenül mérni. A Helioszféra mágneses topológiájáról keveset tudunk. A Voyager-2 mérései sokban eltértek, nem adtak támpontot.

27 McComas modellje: még nem a Helioszféra határához értünk!? Lehet, hogy a MeV-es ionok a lökéshullám határán gyorsulnak fel, és a mágneses tér mentén nem tudnak túljutni egy mágneses felületen, míg a kozmikus sugárzás kívülről könnyedén bejuthat.

28 Bár a mágneses tér viselkedését most sem értjük, egy új, plazmarezgésekkel kapcsolatos mérési eredmény végül meggyőzte a kutatókat a Helioszférából való kilépésről áprilisában egy korábbi (2012-es) napkitörésből származó plazmatömeg elérte a szondát, és olyan rezgéseket keltett, amelyek frekvenciája a csillagközi gázra, és nem a napszélre volt jellemző. Ezt megerősítette, hogy 2012 novemberében is találtak gyengébb rezgéseket, amelyek kissé kisebb frekvenciájúak voltak. A következtetést véglegesen talán csak az fogja igazolni, ha a Voyager-2 is kilép a Helioszférából, és működő plazmadetektora követi a plazma állapotváltozásait.

29 A döntőnek tekintett érv: az elektron plazma frekvencia A töltésegyensúly megbomlása esetén a híg plazmában az elektronok „hintázni” tudnak a lényegében álló protonokhoz képest. A visszatérítő elektromos tér arányos a töltéssűrűséggel: plazmarezgések jönnek létre. Frekvenciájuk:

30 Don Gurnett plazmafrekvencia- (elektronsűrűség-) mérései

31 Elektronsűrűség változásai a földpályától a csillagközi plazmáig

32 Köszönöm a figyelmet!

33

34 Kiegészítő képek

35 Az átmenet okozta anizotrópia kisebb, mint várható lenne. Esetleg talán mégsem a helioszféra határán ment át a Voyager-1??

36 2012. szeptemberi Nature cikk: a V1-nél a napszél ~2 éve leállt!

37 Kis- és nagyenergiás intenzitásváltozások

38

39

40 A V1 és V2 szonda néhány más mérési eredménye, illetve azok összehasonlítása

41

42

43

44

45

46

47

48

49 A V1 és V2 által mért beütés-ráták logaritmikus változékonyságának összehasonlítása

50 A V1 1 MeV körüli ionoktól eredő beütésszámainak változásai egymást követő napok között, leosztva a tisztán statisztikus okokból várt szórással (Poisson- eloszlást feltételezve). Látható, hogy 2008 és 2012 között valódi fluxusváltozás nem volt.

51 V2: korreláció a sűrűség és termikus sebesség között

52 IBEX (Interplanerary Boundary Explorer) képek

53 A 2008-ban fellőtt IBEX szonda energikus semleges atomok segítségével tanulmányozza a külső Helioszféra szerkezetét. Azt találták, hogy egy keskeny sávból jön a legtöbb semleges atom, és feltételezik, hogy ennek iránya a galaktikus mágneses térre merőleges. Ha ez igaz, a Helioszféra alakját részben a külső mágneses tér határozza meg.

54 Energikus semleges atomok öve és a mágneses Helioszféra

55 Az IBEX szonda eredeti és módosított pályái a Holdpályával. Az új pályákat sokkal kevésbé perturbálja a Hold tömege.

56 Egyes kutatók szerint a Helioszféra alakját szinte teljesen az erős külső, galaktikus mágneses tér határozza meg.


Letölteni ppt "A Voyager szondák mérései, a külső Helioszféra és csillagközi környezete Király Péter MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont Kozmikus Fizikai Osztály Budapest,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések