A NEM MÁGNESES BOLYGÓK MAGNETOSZFÉRÁJA

Az előadások a következő témára: "A NEM MÁGNESES BOLYGÓK MAGNETOSZFÉRÁJA"— Előadás másolata:

1 A NEM MÁGNESES BOLYGÓK MAGNETOSZFÉRÁJA
8. Szegő Károly A NEM MÁGNESES BOLYGÓK MAGNETOSZFÉRÁJA

2 INDUKÁLT MAGNETOSZFÉRÁK
Az áramló napszél (és a benne hordozott mágneses tér) és a testek ionoszférájának (=vezető réteg) kölcsönhatása indukálja a magnetoszférát. Példák: Vénusz, Mars, Titán az utóbbi esetben szubszónikus plazma áramlik, amely protonokból és oxigén ionokból áll, ezért lökéshullám nem alakul ki.

3

4

5

6 A BOLYGÓK MAGNETOSZFÉRÁJA
AZ ÉGITESTEK AKADÁLYT JELENTENEK A SZUPERSZÓNIKUSAN ÁRAMLÓ NAPSZÉLBEN. A KÖLCSÖNHATÁS JELLEGE AZ AKADÁLY MINŐSÉGÉTŐL FÜGG. A MEGZAVART TARTOMÁNY: A TEST PLAZMAKÖRNYEZETE HA AZ AKADÁLY ELEKTROMÁGNESESEN SEMLEGES: CSAK GEOMETRIAI KERESZTMETSZETE SZÁMÍT VEZETŐ VAGY MÁGNESES: ELEKTROMÁGNESES KÖLCSÖNHATÁSBA LÉP AZ ÁRAMLÓ NAPSZÉL PLAZMÁVAL, EZ VEZET A MAGNETOSZFÉRA KIALAKULÁSÁRA A PLAZMAKÖRNYEZET SZERKEZETE BONYOLULT, AZ UTÓBBI ESETBEN LEGALÁBB KÉT SZAKADÁSI FELÜLET ALAKUL KI: LÖKÉSHULLÁM, MERT A PLAZMA MÁSKÉPP NEM TUD SZUBSZÓNIKUS SEBESSÉGRE LASSULNI TANGENCIÁLIS SZAKADÁS: A NAPSZÉL KÖRÜLFOLLYA AZ AKADÁLYT AZ ALÁBBIAKBAN A TEST ÉS A NAPSZÉL KÖLCSÖNHATÁSÁVAL FOGLALKOZUNK.

7 GEOMETRIAI AKADÁLY: A HOLD
A HOLD FELÜLETE ABSZORBEÁLJA A NAP-SZELET, DE A MÁGNESES TÉR ÁTDIFFUNDÁL. A MÁGNESES TÉR DEFORMÁLÓDIK, ENNEK SZÖGÉT A MÁGNESES PERTUR-BÁCIÓRA JELLEMZŐ VA ÉS uSW ARÁNYA HATÁROZZA MEG. A PLAZMA “BEFOLYIK” AZ AKADÁLY UTÁNI TÉR-RÉSZBE, NAGYJÁBÓL A HANGSEBESSÉGGEL.

8 MÁGNESES ANOMÁLIÁK A HOLDON

9 VISSZAVERT PROTONOK A felső ábra a pickup ionok pályáját mutatja zérus kezdeti sebesség mellett. A napszél sebességét a nyíl mutatja, a napszél mágneses tere a lapra merőleges. A napszél által indukált „convectional electric field” Esw = v × Bsw. Az ion sebesség 0 és 2v között változik. Olyan ion pályáját mutatja, amely –v kezdeti sebességgel rendelkezik. A Hold felszínére merőlegesen kilőkődött ionok pályája. Különböző visszaverődési modellek.

10 “VEZETŐ GÖMB” AKADÁLY: NEM MÁGNESES BOLYGÓK
A BOLYGÓK IONOSZFÉRÁJA JÓ VEZETŐ, IDEÁLISAN VEZETŐ GÖMBKÉNT FOGHATÓ FEL A VEZETŐBE A MÁGNESES TÉR NEM HATOL BE, AZ ÁRAMLÁS FELÜLETRE MERŐLEGES SEBESSÉGE IS NULLA AZ AKADÁLY FELSZÍNE NYOMÁSEGYENSÚLYI FELÜLET BELÜL: KINETIKUS NYOMÁS KÍVÜL: MÁGNESES NYOMÁS A NAP-BOLYGÓ EGYENES MENTÉN A FELSZÍN KÖZELÉBEN B || AZ AKADÁLY ÉRINTŐJÉVEL ÉS AZ ÁRAMLÉSI SEBESSÉGGEL

11 VENERA 9 & 10 Az első két szonda, amely a napszél és Vémusz kölcsönhatását vizsgálta, a Venera 9 és 10 volt. [Vaisberg et al., 1995] Vénus orbit pályára álltak: 20 and 23 October 1975. Fő feladat: a leszálló egység támogatása, a Vénucs csóvájának vizsgálata.

12 Dependence of the location of the Martian magnetic lobes on the interplanetary magnetic field direction Romanelli, N., C. Bertucci, D. Gómez, and C. Mazelle (2015), Dependence of the location of the Martian magnetic lobes on the interplanetary magnetic field direction: Observations from Mars Global Surveyor, J. Geophys. Res. Space Physics, 120, 7737–7747, doi: /2015JA

13 A Pioneer Venus Orbiter misszió főbb eredményei Brace et al. , Adv
A Pioneer Venus Orbiter misszió főbb eredményei Brace et al., Adv. Space Res. 1995

14 KISÉRLETI EREDMÉNYEK 1.

15 IONOSZFÉRIKUS FOTOELEKTRONOK A VÉNUSZNÁL ÉS A MARSNÁL

16 A FOTOELEKTRONOK MEGFIGYELÉSE

17 KÍSÉRLETI EREDMÉNYEK 2. Venus Express orbit, and plasma and magnetic field measurements on 2006 December 12. a, The Venus Express orbit in cylindrical coordinates, with x pointing towards the Sun, and R being the distance to the x axis (in Venus radii, RV=6,051 km). The green lines are the averaged positions of the bow shock (BS) and induced magnetosphere boundary (IMB), and the red line is the Venus Express orbit. b, The Venus Express orbit in the Venus–solar–electrical coordinate system (Vse). In this system x points to the Sun, and z is in the plane containing the convection electric field E52Vsw3B (where Vsw is the velocity of the solar wind, B is the interplanetary magnetic field and3denotes the vector cross product); y completes the orthogonal coordinate system. The plasma sheet (PS) is identified by the grey area. The direction of the convection electric field is labelled E. c, The magnetic field magnitude (red line) and Bx component (blue line). Energy–time spectrograms (d) electrons (e), O+ ions (g) protons

18 ELTÉRŐ A KÖLCSÖNHATÁS B ÉS A NAPSZÉL IRÁNYA KÖZÖTTI SZÖGTŐL: A MÁGNESES TÉR (MÉRÉS)

19 A VÉNUSZ IONOSZFÉRA SZERKEZETE

20 ELTÉRŐ A KÖLCSÖNHATÁS B ÉS A NAPSZÉL IRÁNYA KÖZÖTTI SZÖGTŐL: A MÁGNESES TÉR MODELLEZÉSE

21 FIELDS AND PARTICLES IN THE TAIL Russell, 1999; McComas et al., 1986
The momentum equation Curvature force or magnetic tension

22 IONOK A TERMINÁTOR MÖGÖTT MARS VÉNUSZ

23 A NAPSZÉL ÉS A VÉNUSZ KÖLCSÖNHATÁSA ANYAGVESZTÉSHEZ VEZET A CSÓVÁN KERESZTÜL
FENT: EGY MODELL A NAPSZÉL ÁLTAL ELRAGADOTT ANYAGRA OLDALT: A VENUS EXPRESS SZONDA MÉRÉSEI A VÉNUS CSÓVÁJÁBAN

24 A Titán esete: nem szimmetrikus ion pályák

25 Nem szimmetrikus eloszlások (szimuláció) B O+ napszél bolygó protonjai

26 A MARS MARADÉK MÁGNESESSÉGE

27 ÜSTÖKÖSÖK: SZERTEÁRAMLÓ IONOK
A SZÉTÁRAMLÓ IONOK HATALMAS KÖLCSÖNHATÁSI ZÓNÁT EREDMÉNYEZNEK: A ZAVAROK AZ ÜSTÖKÖSTŐL TÖBB MILLIÓ KILOMÉTERRE IS ÉSZLELHETŐEK! A KIÁRAMLÓ ANYAG LASSAN BELEÉPÜL A NAPSZÉLBE, E FOLYAMAT: MASS LOADING SPECIÁLIS AKADÁLY, RÉSZLETEIVEL NEM FOGLALKOZUNK

28 Scheme of the solar wind/comet interaction
Scheme of the solar wind/comet interaction. The location of the bow shock, magnetic barrier, and tail are shown. Also represented is a CT collision between a heavy solar wind ion and a cometary neutral water molecule, followed by the emission of an x-ray photon. The Sun is toward the left. T E Cravens Science 2002;296: Published by AAAS

29 A MÁGNESES BOLYGÓK ÁTTEKINTÉSE

30 MÁGNESES AKADÁLY: PL. A FÖLD
A NAPSZÉL  uSW2 NYOMÁSÁVAL A MÁGNESES DIPÓLTÉR NYOMÁSA TART EGYENSÚLYT:  uSW2 = {BE(R/r)3}2/ 4 DE EZ PONTATLAN, MERT A HATÁR-RÉTEGBEN ÁRAM FOLYIK, ENNEK TERÉT IS HOZZÁ KELL ADNI (CHAPMAN-FERRARO ÁRAM). EZ, ÁTLAGOS NAPSZÉL ESETÉN (~7, u~400) KB. 10 F0LDSUGÁR TÁVOLSÁGOT AD A NAP-FÖLD TENGELY MENTÉN. AZ AKADÁLYON BELÜLI TARTOMÁNY: A FÖLD MAGNETOSZFÉRÁJA

31 A FÖLD MAGNETOSZFÉRÁJA

32 LÖKÉSHULLÁM KIALAKULÁSA ÜTKÖZÉSES KÖZEGBEN
A LÖKÁSHULLÁM NEMLINEÁRIS FOLYAMATOK EREDMÉNYEKÉPP ALAKUL KI, EZÉRT CSAK KVALITATÍV KÉPET ADUNK. A MOLEKULÁK AZ AKADÁLY ELŐTT FELGYŰLNEK, VISSZAFELÉ INDULÓ NYOMÁSHULLÁM ALALKUL KI. A TERJEDÉSI SEBESSÉGE ~HANGSEBESSÉG (gyors MHD) A VISSZAVERŐDŐ HULLÁM EGYES FOURIER KOMPONENSEI ELTÉRŐ SEBESSÉGGEL HALADNAK, EZ A FRONT MEREDEKEBBÉ VÁLÁSÁT OKOZZA. A HULLÁMFRONT DISSZIPÁCIÓ ÚTJÁN STABILIZÁLÓDIK.

33 Interplanetáris lökéshullám
Figure 4. An interplanetary (IP) shock on DOY 015 between 1000 and 1200 UT. The upper plot shows the magnetic field components in the spacecraft frame of reference (Bx is red; By is green, shifted up by 2 nT; Bz is blue, shifted up by 4 nT) and the total field (black) shifted up by 5 nT. The middle plot shows the IBS energy spectra, The lower plot exhibits the RPWS data for the same time interval.

34 A JUPITER LÖKÉSHULLÁMÁNÁL 2001. jan 12.

35 A CSÓVA A BOLYGÓKÖZI TÉR ERŐVONALAINAK ÁTHALADÁSA SPECIÁLIS PLAZMASTRUKTÚRÁT EREDMÉNYEZ: A CSÓVÁT. E TÉRSÉGBEN ELLENTÉTES IRÁNYBA MUTATÓ MÁGNESES ERŐVONALAK ALALKULNAK KI, EZT SZÜKSÉGSZERŰEN EGY ÁRAMLEPEL VÁLASZTJA EL. z x A FENTI KOORDINÁTA RENDSZERBEN A TÉR LEÍRHATÓ Bx=Bo ha z>L Bx=Bo z/L ha L>z>-L Bx=-Bo ha z<-L vagy: Bx=Bo tanh(z/L) Ekkor Jy~Bo sech2 (z/L) L az áramlepel vastagsága

36 A CSÓVA 2. A CSÓVÁBAN A RÉSZECSKÉK MOZGÁSA MEGLEHETŐSEN KAOTIKUS, EZT ILLUSZTRÁLJA A MELLÉKELT PRÓBARÉSZECSKE KÖZELÍTÉS A PLAZMA MOZGÁSA, AZ ÁRAMLEPELBEN VÉGBEMENŐ DISSZIPÁCIÓ A MÁGNESES TERET ENERGETIKAILAG KEDVEZŐBB ÁLLAPOTBA JUTTATJA: EZ A MÁGNESES REKONNENCIÓ

37 A MÁGNESES REKONNEKCIÓ
A PLAZMA MOZGÁSA AZ ENERGIAMÉRLEG A REKONNEKCIÓ EREDMÉNYEKÉPP A PLAZMA MÁGNESES ENERGIÁJA KINETIKUS ENERGIÁVÁ ALAKUL. EZ LEJÁTSZÓKIS MIND A FÖLDI CSÓVÁBAN, MIND A NAP ANYAGKILÖVELLÉSEI ESETÉBEN.

38 5. Mik azok a pick-up ionok?
Ellenőrző kérdések 1. Rajzold le egy vezető gömb napszéllel való kölcsönhatása során kialakuló tartományokat! Hol alakul ki a határfelület, minek a függvényében? 2. Rajzold le, hogyan hat kölcsön a napszél a nem mágneses, de ionoszférával rendelkező testekkel! Értelmezd a határfelületeket, tartományokat! 3. Milyen plazmatartományok alakulnak ki a Marsnál (illetve Vénusznál)? 4. Hogyan definiáljuk a bolygók plazmakörnyezetét? 5. Mik azok a pick-up ionok?