1 A NAPSZÉL. 2 Solar - planetary relations Sun: continuous effects on planetary environments. Above that solar eruptions : Flares Coronal mass ejections.

Az előadások a következő témára: "1 A NAPSZÉL. 2 Solar - planetary relations Sun: continuous effects on planetary environments. Above that solar eruptions : Flares Coronal mass ejections."— Előadás másolata:

1 1 A NAPSZÉL

2 2

3 Solar - planetary relations Sun: continuous effects on planetary environments. Above that solar eruptions : Flares Coronal mass ejections (CME) SOHO LASCO C3

4 CSILLAGSZÉL 4 ESA’s XMM-Newton space observatory has completed the most detailed study ever of the fierce wind from a giant star, showing for the first time that it is not a uniform breeze but is fragmented into hundreds of thousands of pieces.

5 5 A NAP MEGFIGYELÉSE HŐSUGÁRZÁS SPEKTRUMVONALAK FELHASADÁSA MÁGNESES TÉRBEN -> ZEEMAN EFFEKTUS A MÁGNESES TÉRRŐL AD INFORMÁCIÓT SPEKTRUMVONALAK ELTOLÓDÁSA AZ ATOMOK MOZGÁSA MIATT: DOPPLER EFFEKTUS KÜLÖNBÖZŐ ENERGIÁJÚ FOLYAMATOK MÁS SPEKTRÁLIS TARTOMÁNYBAN JELENTKEZNEK FÉNY SZÓRÓDÁSA A NAP KIREPÜLŐ ANYAGÁN TÖLTÖTT RÉSZECSKÉK MOZGÁSA KÖVETI A MÁGNESES TERET

6 6 A NAP BELSEJE a mag a sugarzasi zona; egy foton szabad úthossza kb. 0,5 cm áramlási zóna

7 7 A NAP SZERKEZETE ÉS A NAPKORONA Priest (1995)

8 Naprendszerek összehasonlító vizsgálata 8 A HERSCHEL teleszkóp egy hideg réteget detektált az Alpha Centauri-A atmoszférájában. Ez a csillag ~4,37 fényévre található.

9 9 ESEMÉNYEK A NAPON 1. KORONA ANYAG KILÖVELLÉS (CME) KILÖKÖTT TÖMEG:10 15 - 10 16 G ELSŐSORBAN TÖLTÖTT RÉSZECSKÉK Kinetikus energia: 10 32 erg Gravitáció ellen végzett munka: 10 31 erg Térfogata:10 30 cm 3 energiasűrűség100 erg cm -3 ENERGIAFORRÁSOK A KORONÁ- BAN (energiasűrűség, erg/cm 3 ): kin (mnv 2 /2; n=10 9, v=1km/s) 10 -5 thermal (nkT, T=10 6 ) 0.1 gravitációs0.5 mágneses (B 2 /8  )400

10 10 ELŐREJELZÉS L  SEGITSÉGÉVEL A NAPAKTIVITÁST ERŐSEBB L  SUGÁRZÁS JELLEMZI EZ A SUGÁRZÁS GERJESZTI A SEMLEGES H ATOMOKAT JELENTŐSÉGE: NAPAKTIVITÁS HATÁSÁRA VÁLTOZIK A LÉGKÖRI FÉKEZŐHATÁS KIHAT AZ AERONÓMIAI FOLYAMATOKRA

11 2007/05/2 2 2007/06/1 4 2007/07/1 4 2008/06/1 4 2009/06/1 4 2010/06/1 4 2011/06/1 4 2011/10/2 1 STEREO = Solar Terrestrial Relations Observatory 2012/06/1 4 Solar wind multi-point observations VEX = Venus Express MEX = Mars Express

12 12 A napszélben áramló pozitív töltésű részecskék energia spektruma

13 13 A Helioszféra A HELIOSZFÉRA AZ A TÉRRÉSZ, AMELYET AZ INTERSTELLÁRIS ANYAG VESZ KÖRÜL, ÉS TARTALMAZZA A NAPSZELET ÉS A NAP MÁGNESES TERÉT MÉRETE ~100 AU, A NAPSZÉL NYOMÁSA ÉS AZ INTERSTELLÁRIS ANYAG NYOMÁSEGYENSÚLYA ALAKÍTJA KI

14 14

15 15 A napszél és a Nap mágneses tere A nyugodt nap mágneses tere közelítőleg dipól Kivétel: pólusváltások A töltött részecskéknek nehezebb a mágneses térre merőlegesen áramlani, mert ekkor a mágneses tér erőt fejt ki rájuk (u x B) Következmény: különböző sebességű napszél

16 16 NAPSZÉL: A SZERTEÁRAMLÓ NAPKORONA NAPBÓL KIÁRAMLÓ HÍG PLAZMA JELLEMZŐI (nulladik közelítés): –96%p, 4% He, 0,1% egyéb –sebesség: 400-1000 km/s –sűrűség: a Föld környezetében kb. 10/cm 3 –nyomás: kb. 2 10 -8 dyn/cm 2 –T p ~ 50 eV ~ 5 10 5 K; T e ~ 5 eV ~ 1-3 10 4 K –proton termikus sebesség ~50 km/s –elektron termikus sebesség ~1000 km/s –A napszélben terjedő Alvfén hullámok tipikus sebessége ~100 km/s –ionhang sebesség ~20-30 km/s –Debye hossz (T/4  ne 2 ) 1/2 =743(T[eV]/n[cm -3 ]) 1/2 [cm] ~5-10m

17 17 A napszél tulajdonságai Eredete: –A napszél a napkoronában gyorsul fel, nem teljesen tisztázott mechanizmusok útján –A nyílt erővonalak mentén a sebesség ~ 1000 km/s –A zárt erővonalakon keresztüli napszél ~ 400 km/s Izentrópikus terjedés –nincs részecskék közötti ütközés  T nem egyenlítődik ki –lehetnek hullám-részecske kölcsönhatások Eloszlása –Nem teljesen Maxwell, T B|| más, mint T B  –Az elektron eloszlás két komponensű: ~Maxwell+nagyobb energiájú u.n. „halo”. –Az protonoknál nehezebb ionok sebessége V A -val nagyobb.

18 18 A napszél összetevői

19 19

20 60º L5 L5 solar monitor

21 7th February 2011 Longitudinal SC separation 180º → Launch on 25th October 2006 STEREO mission STA STB Solar wind temporal evolution: 180º

22 PERTURBÁCIÓK A NAPSZÉLBEN 18 December 2012, Using ESA’s Cluster quartet of satellites as a space plasma microscope, scientists have zoomed in on the solar wind to reveal the finest detail yet, finding tiny turbulent swirls that could play a big role in heating it. In the stream of charged particles emitted by the Sun – the solar wind – turbulence is thought to play a key part in maintaining its heat as it streams away and races across the Solar System. 22

23 23 A napszél sebessége a helio- szferikus szélesség és a napaktivitás függvényében

24 24 A BOLYGÓKÖZI MÁGNESES TÉR B || u a Nap felszínén A mágneses tér a plazmában befagyva mozog (nem dipóltér!) B r = B o (R s /r) 2

25 25 A NAP MÁGNESES TERE

26 26 ÖSSZEHASONLÍTJUK r 2 B r ÉRTÉKÉT AZ ULYSSES ADATAIBÓL, KÉT SOLAR MINIMUM ESETÉBEN Reduction of ~34%

27 27 2010-BEN A MÉRT MÁGNESES TÉR A LEGALACSONYABB VOLT Owens et al (2008)

28 28 A HELIOSZFÉRÁBAN ÁRAMLEPEL ALAKUL KI OTT, AHOL AZ EGYIK FÉLTÉRBŐL SZÁRMAZÓ MÁGNESES TÉR TALÁLKOZIK AZ ELLENKEZŐ IRÁNYÚVAL

29 29 A LASSÚ ÉS A GYORS NAPSZÉL MEGFIGYELTÉK A KÉTFAJTA NAPSZELET, AMIÓTA ŰRBELI MEGFIGYELÉSEK VANNAK: LASSÚ (~400 km/s) ÉS GYORS (>500 km/s) NAPSZÉL. Hundhausen (1995)

30 30 A LASSÚ ÉS A GYORS NAPSZÉL ADATAI Property at 1 AUSlow windFast wind Speed (v)~400 km/s~750 km/s Number density (n)~10 cm –3 ~3 cm –3 Flux (nv)~3  10 8 cm –2 s –1 ~2  10 8 cm –2 s –1 Magnetic field (Br)~3 nT~3 nT Proton temperature (Tp)~4  10 4 K~2  10 5 K Electron temperature(Te)~1.3  10 5 K (>Tp)~1  10 5 K (<Tp) Composition (He/H)~1 – 30%~5%

31 31 Corotating Interaction Regions KIALAKUL, AMIKOR A GYORS NAPSZÉL UTÓLÉRI A LASSÚT EGY „SŰRÜSÖDÉSI (COMPRESSION)” TARTOMÁNY ALAKUL KI, AHOL A MÁGNESES TÉR ÉS A PLAZMA FELTORLÓDIK. A KIALAKULÓ NYOMÁS LÖKÉSHULLÁMOT IS KIALAKÍTHAT. HA A GYORS NAPSZÉL ÁRAMLÁS STABIL KORONALUKBÓL ERED, A KIALAKULÓ STRUKTÚRA EGYÜTT FOROG A NAPPAL Pizzo (1985)

32 32 Interaction Regions in 1D A Nap forgása miatt egy adott irányba haladó gyorsabb plazma csomag utoléri az azonos irányba mozgó, korábbi lassúbbat. A plaza áramok nem tudnak egymásba hatolni a befagyott mágneses tér miatt. Egy sűrűsödési tartomány alakul ki a gyors áramlás előtt, mögötte pedig ritkulási tartomány. A nyomás gradiens miatt a sűrösödési tartomány kiterjed a gyors MHD hullámok sebességével. Egy előrehaladó hullám alakul ki elől, és egy hátrahaladó hátul. Gosling (1998)

33 33 Ulysses két CIR-t talált az elő pályája során Forsyth and Gosling (2001)

34 34 KORONA ANYAG KILÖVELÉS A GYORS KILÖVELÉS KÖLCSÖNHAT AZ ELŐTTE HALADÓ NAPSZÉLLEL, HASONLÓAN, MINT AHOGY A NAGYSEBESSÉGŰ ÁRAMLÁS SŰRŰSÖDÉSEKHEZ ÉS LÖKÉSHULLÁMHOZ VEZET Gosling (1998)

35 35

36 36 NÉHÁNY CME „MÁGNESES FELHŐT” TARTALMAZ, AMIRŐL FELTÉTELEZHETŐ, HOGY A NAPBÓL EREDŐ „FLUXUS-KÖTÉL” STRUKTÚRÁT VISZ MAGÁVAL Luhmann (1995)

37 37 ULYSSES KIMUTATTA, HOGY A GYORS NAPSZÉLBEN HALADÓ KORONA-ANYAG-KILÖVELLÉS LÖKÉSHULLÁMOT KELTHET A SAJÁT KITERJEDÉSE MIATT Gosling et al (1994)

38 38 A napszél a naptól távolodva “fejlődik”: sebessége nem változik sűrűsége csökken lehül új, nagyobb tömegű ionok kerülnek bele, nagy távolságban ezek járuláka a nyomáshoz lényeges A napszélben a különböző sebességgel távozó plazmacsomagok utólérik egymást, kölcsönhatva sajátos struktúrákat hoznak létre.

39 39 Struktú- rák a napszélb en

40 40 HOSSZÚ IDŐTARTAMÚ VÁLTOZÁS

41 41

42 VOYAGER 1 A HELOSZFÉRA LEGKÜLSŐBB TARTOMÁNYÁBAN 42 NASA's Voyager 1 spacecraft exploring a new region in our solar system called the "magnetic highway„ at ~123 AU. In this region, the sun's magnetic field lines are connected to interstellar magnetic field lines, allowing particles from inside the heliosphere to zip away and particles from interstellar space to zoom in.