Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
Задать вопрос нелегко - ответить еще труднее

 

Есть предложение создать на сайте «Лаборатория космических исследований» новую рубрику, в которой

тот, кто интересуется, задает вопрос,

тот, кто может – отвечает,

тот, кто хочет – комментирует вопрос или ответ.

 

 

 

 

 

 

Можно провести конкурс предложений пользователей сайта:

1. на более интересное название новой рубрики,

2. на способы поощрения за количество и качество вопросов, ответов и комментариев.

Все предложения участников конкурса и оценки этих предложений («за» и «против») публиковать на сайте. Так будут отобраны те идеи, которые позволят сделать новую рубрику интересной, полезной и занимательной.

Для почина - один вопрос:

Солнце и Земля произошли из одного газово-пылевого облака. Почему их атмосферы так сильно отличаются по химическому составу?

В атмосфере Солнца 75% водорода, 24% гелия, а на азот, кислород и другие химические элементы приходится менее1% массы.

В атмосфере Земли водорода в среднем 0,000003%, гелия 0,00007%, а больше всего азота – 75% и кислорода ‑ 23%.

(Данные о химическом составе взяты из Справочника любителя астрономии П. Г. Куликовского, изд. 6-е, 2009г.)

Дополнение по поводу межзвездного гелия.

В межзвездном газе, проникающем в Солнечную систему, космический аппарат «Улисс» впервые произвел непосредственную регистрацию потоков атомов гелия, определил их температуру, скорость и направление движения.

Уважаемая Рахиль Менашевна,

Если можно, еще один вопрос:

Межзвездное вещество – холодное, звезды – горячие, а что происходит в пограничной области?

BlueFlame пишет:

Уважаемая Рахиль Менашевна,

Если можно, еще один вопрос:

Межзвездное вещество – холодное, звезды – горячие, а что происходит в пограничной области?

 

Уважаемый  BlueFlame!

        Вы задали вопрос, на который трудно ответить. Процессы взаимодействия звезд с межзвездной средой очень разнообразны, так как зависят от многих факторов. Поэтому ответ по необходимости будет обзорным. Надеюсь о некоторых вида этих взаимодействий в дальнейшем рассказать подробнее.

Прежде всего, это взаимодействие зависит от распределения плотности, напряженности магнитного поля, поступательной и вращательной скоростей газово-пылевого облака, из которого образовалась звезда, вернее, группа звезд (см. фото 1). Эти факторы определяют массу звезды, скорость ее вращения, величину аккреционного диска, интенсивность биполярных выбросов и другие параметры.

 

Фото 1

Формы взаимодействия звезд с межзвездной средой определяются их массой: звезды больших масс длительное время удерживают вокруг себя газово-пылевые облака, постепенно разогревая их и ионизируя, превращая в светящиеся туманности (зоны Н2). Разогревшись, массивные звезды своим звездным ветром и световым давлением разгоняют окружающее их межзвездное вещество (см. фото 2), из-за неоднородной плотности которого образуются причудливые формы светящихся облаков (см. фото 3).

Фото 2

Фото 3

В окрестностях массивных звезд наблюдаются мазеры (лазеры, излучающие в радиодиапазоне); излучающими молекулами служат ОН, Н2О, СН3ОН и др.

На поздних стадиях эволюции расширяющиеся атмосферы превращаются в планетарные туманности (их так назвали по внешнему виду, к планетам они не имеют никакого отношения) (см. фото 4). Дальнейшая эволюция массивных звезд приводит к образованию нейтронных звезд или черных дыр. Некоторые из этих звезд превращаются в сверхновые (опять очень неудачный термин).

Фото 4

Вокруг звезд малых масс из оставшегося межзвездного вещества во многих случаях формируются планетные системы.

На эволюционной стадии красных гигантов звездные атмосферы расширяются и рассеиваются в пространстве. Оставшиеся внутренние слои звезд, сжимаясь и уплотняясь, превращаются в белых карликов (опять неудачный термин, т.к. белые постепенно становятся черными) и натягивают на себя межзвездное вещество.

Цитата:
Солнце и Земля произошли из одного газово-пылевого облака. Почему их атмосферы так сильно отличаются по химическому составу?

Попробую предложить нетрадиционный ответ, согласно своей  концепции.

Солнце и Земля имеют огромную разницу в размерах, поэтому эволюция у них идет с разной скоростью. Земля, имеющая меньшую массу, давно уже прошла стадию синтеза легких элементов, потом тяжелых, почти остыла и на ней успела появиться жизнь, как следствие усложнения структуры материи в результате возрастания энтропии. А в поверхностных слоях Солнца пока еще идет синтез легких элементов, а синтез тяжелых еще даже не начался. Но я могу дать голову на отсечение, что через многие и многие миллиарды лет, когда Солнце остынет до такой же температуры, как сейчас на Земле, у него будет точно такой же состав атмосферы и появиться жизнь... Только вот, к сожалению, мы этого не увидим...

guryan пишет:

Земля, имеющая меньшую массу, давно уже прошла стадию синтеза легких элементов, потом тяжелых,

Именно потому, что масса Земли примерно в миллион раз меньше солнечной, давление в центре могло способствовать повышению температуры всего на тысячи градусов. В центре Солнца создается такое давление, что температура поднимается до 15 миллионов градусов, при этом идут реакции образования самого легкого, не считая водорода, элемента – гелия, а термоядерные реакции образования тяжелых элементов происходят при температуре не менее десятков миллионов градусов. На Земле никогда такой температуры не было, а то она превратилась бы в горячую плазму. Все химические элементы, и легкие, и тяжелые, попали в Землю при ее образовании из газово-пылевого облака.

guryan пишет:

Цитата:
Солнце и Земля произошли из одного газово-пылевого облака. Почему их атмосферы так сильно отличаются по химическому составу?

когда Солнце остынет до такой же температуры, как сейчас на Земле, у него будет точно такой же состав атмосферы и появиться жизнь...

С большим интересом познакомилась с Вашим объяснением. Очевидно, Вы правы, что ,когда Солнце остынет, появятся и более тяжелые элементы, и молекулы. Но то, что оно будет похоже на Землю и что на нем будет существовать  жизнь, я бы не дала голову на отсечение. Сейчас в Галактике "угасших" звезд больше,чем действующих.Но где есть жизнь?!

Это ведь смотря как понимать слово "угасших". Если температура поверхности где-то около 500 градусов Цельсия - звезда уже не светит и её можно считать угасшей. однако едва ли на ней может существовать белковая жизнь. Нужно поискать звезды с температурой поверхности в диапазоне от минус 100 до плюс 100 градусов Цельсия, на них уже может быть жизнь. Только как определить, она ведь может быть очень недоразвитой, ну скажем на уровне питекантропов. Можно попробовать послать туда узконаправленный радиосигнал и ждать ответа. Правда его вероятность тоже мала. Разве что в случае, если жизнь достигла хотя бы земного уровня развития...

Уважаемый  guryan!

Ваша идея очень увлекательна, и ее стоит обсуждать всерьез. На белых карликах и нейтронных звездах фантастическое притяжение и мощные магнитные поля. Менее массивные звезды в этом смысле удобнее. Звезды коричневые карлики, что-то промежуточное между звездами и планетами, возможно, еще удобнее. На этих звездах не образуются тяжелые элементы, но они могут быть занесены туда из космического пространства.

Жизнь может приобретать бесконечно разнообразные формы и приспосабливаться к немыслимым условиям, так что не исключены интереснейшие открытия. "ПОЧЕМУ МОЛЧИТ КОСМОС?" - остается великой загадкой для современных ученых.

В журнале «Земля и Вселенная» №3 за 2011 год опубликована статья. Хочу привести ее краткое содержание:

« «Величайшая проблема астрономии». Доктор физико-математических наук Ю.Н. Ефремов (ГАИШ МГУ).

      Мы дошли до границ нашей Вселенной и в пространстве и во времени, мы поняли, как образуются звезды и обнаружили вокруг них планеты, – но нигде не нашли следов другого Разума. Неужели же мы одиноки в пустыне Мира? Эта проблема становится серьезнейшим вызовом всему современному естествознанию. Пятьдесят лет назад радиотелескоп был впервые направлен на небо для поиска сигналов от внеземных цивилизаций. Они продолжаются и поныне, но не приносят результатов… По мере прогресса науки молчание Вселенной вызывает все больше вопросов. Гипотезы о его возможных причинах простираются от допущения уникальности земной цивилизации и до подозрений, что земная наука лишь в самом начале своего пути. Проблема внеземного разума – это теперь не область досужих фантазий, а глубочайшая научная и философская проблема, обсуждение которой помогает нам лучше понять нас самих.»  http://earth-and-universe.narod.ru/03-2011.html

Уважаемая RMR_astra. Это только нам кажется, что мы что-то поняли. Мы даже не понимаем, что пространство и время - это всего лишь свойства материи, а мы обращаемся с ними, как с реальными сущностями. Это ведь только в сказке кот может уйти на крышу, а улыбка его остаться и разгуливать по комнате...

Я, например, не удивляюсь тому, что 30% опрошенных считают, что Солнце вращается вокруг Земли. Потому что, если человеку никто не объяснил, он так и будет считать. И это логично. Заметить, что Земля вращается вокруг Солнца, можно только живя на Солнце. А нынешняя школа не учит ничему. Но это еще цветочки - вот начнут закон божий вдалбливать, вот что самое страшное. Вот тогда уже не 30, а 90% будут считать, что Солнце - это дыра в хрустальном небосводе, через которую льется божественный свет...

Вы говорите, что братья по разуму проблема, а Иллюмжинов, например, каждую субботу запросто летает со своими друзьями-инопланетянами на звезды. это я лично слышал в каком-то телевизионном интервью. Попросите, пусть хоть фотографии привезет... что ли...

Теперь о том, почему молчит космос. Так мы ведь тоже молчим. Силенок маловато, чтобы далеко крикнуть. Да и языков мы не знаем...Если космосу всего 17 миллиардов лет, так жизнь-то успела возникнуть только на таких вот маленьких захолустных звездных системах. И искать её надо по окраинам, сомневаюсь я, что в центре галактики, где бушуют жесточайшие излучения и потоки частиц, белковая жизнь может зародиться. Разве на какой-нибудь другой основе, кремнии что ли...  Только не верю я в океаны плавиковой кислоты... В конце концов атомарная материя начинает эволюционировать  с водорода... Надо подождать несколько сотен миллионов лет, наверняка за это время на Венере появится какая-нибудь жизнь. На Марсе теперь уже никогда её не будет, не успела - быстро остыла. Разве какие -нибудь одноклеточные останки найдутся... или грибы.

Уважаемый guryan! По поводу формирования мировоззрения я с Вами абсолютно согласна.

И вообще, с Вами интересно общаться.

Вопрос о механизме гравитационного коллапса. Это когда звезда падает сама на себя. Я понимаю, что если в центре звезды лежит некая штучка, которая создает тяготение, то звезда, естественно, будет стремиться сжаться. 

Но если сама материя является источником гравитационного поля, то как она может падать сама на себя, непонятно... 

Вот лежит атом на поверхности звезды... Вектор силы притяжения направлен к центру - это понятно. Но если этот атом находится на глубине 10 километров, то сила притяжения тоже будет направлена  к центру, но должна уменьшиться, ведь тот десятикилометровый слой будет тянуть его "вверх", а атом, находящийся в центре, вообще будет в невесомости. Его вообще будет тянуть во все стороны... По Вашей логике получается, что любой атом должен упасть сам на себя и исчезнуть... в микроскопической черной дыре..?

 

Рахиль Менашевна, большое спасибо за ответ!
У меня возник еще один вопрос: почему среди названных Вами химических элементов нет водорода и гелия, наиболее распространенных в межзвездном пространстве?
 

Уважаемая  BlueFlame, простите, пожалуйста, что я так долго не отвечала на Ваш очень интересный и важный вопрос.

О преимущественном количестве водорода и гелия в межзвездном газе свидетельствует химический состав звезд, образовавшихся из межзвездного вещества. В спектрах горячих звезд имеются линии Н и Не, позволяющие судить о их количественном вкладе в вещество звезд. Спектральная линия данного вещества появляется в результате излучения возбужденным атомом или ионом кванта соответствующей длины волны. Для возбуждения атома водорода требуется довольно большая энергия (10 – 13 эВ), а для возбуждения гелия - еще большая, больше, чем у всех химических элементов, - (20 – 24 эВ). В атомах металлов, имеющих огромные электронные оболочки, связь внешних электронов с ядром невелика, примерно 2 - 5 эВ. Поэтому, в отличие от Н и Не, которые в межзвездном пространстве находятся в невозбужденном состоянии и не могут себя проявить, атомы и ионы металлов «бросаются в глаза».

К великой радости астрономов положение с водородом оказалось не так безнадежно. В 40-х годах XX века студенту Ван де Хулсту удалось обнаружить, что основной, невозбужденный, уровень атома Н имеет сверхтонкую структуру и состоит из двух подуровней. На верхнем подуровне направления спинов протона и электрона совпадают, на нижнем - противоположны. Разность энергий этих подуровней составляет всего 5,9 миллионных долей эВ, поэтому излучаемый квант малоэнергичен и соответствующая ему линия 21,1 см находится в радиодиапазоне.

В 1948 г. наш знаменитый астрофизик И.С. Шкловский рассчитал вероятность спонтанного перехода электрона с верхнего подуровня на нижний. Как он выразился «этот переход зверски запрещен». Чтобы произошел спонтанный переход, атом должен находиться в покое, не поглотить кванта, не столкнуться с другим атомом…11 миллионов лет!

Удивительная интуиция и глубокие знания позволили И.С. Шкловскому утверждать, что даже при такой малой вероятности излучения кванта и при исключительной разреженности межзвездной среды водорода так много, а радиотелескопы так чувствительны, что радиолиния 21,1 см должна быть доступна наблюдениям! Военные, в чьем распоряжении находились более чувствительные радиотелескопы, отказались даже пробовать, сочтя такое предложение фантазией астрономов.

Но уже через несколько лет линию 21,1 см наблюдали радиоастрономы Советского союза и других стран мира. Знаменитая радиолиния не только позволила «увидеть» самый обильный элемент Вселенной (примерно 90% всех атомов), но и определить множество характеристик излучающих и поглощающих облаков, в том числе их температуру, плотность, скорость, направление движения и т.п. Появилась возможность более детально исследовать структуру и вращение Галактики и других галактик.

Межзвездный Не наблюдениям пока не поддается.

Уважаемая Рахиль Менашевна,

Вы писали:

И при такой невероятной разреженности межзвездного газа современные методы позволяют обнаруживать атомы и молекулы вещества, которого в миллионы и сотни миллионов раз меньше по массе, чем основного элемента межзвездной среды – водорода.

А как можно обнаружить межзвездный газ, если он так разрежен?

BlueFlame пишет:

А как можно обнаружить межзвездный газ, если он так разрежен?

Да, безусловно, это очень трудная задача, тем более, что в межзвездном пространстве так темно и холодно, как было бы у нас, если бы светили и согревали только далекие звезды. Температура опускается до 10 – 4 градусов Кельвина. Но астрофизики, не имея возможности ставить эксперименты, изобретают остроумные методы исследования далеких космических объектов. Обнаружение и получение разнообразных характеристик межзвездного газа – очень богатая и интересная тема, поэтому трудно перечислить все методы.

Первым был обнаружен ионизированный кальций, так как его резонансная линия (самая яркая линия в спектре данного химического элемента) находится в видимой области спектра. Эту линию поглощения наблюдают на фоне спектров горячих звезд. Как же ее отличить от линий поглощения в спектрах самих звезд?

Есть несколько признаков того, что линия ионизированного кальция – «чужая» для спектра данной горячей звезды.

Во-первых, в атмосферах горячих звезд температура достигает 10000 – 30000 К, поэтому их спектр состоит из линий с высокой энергией возбуждения, а линии ионизированного кальция появляются при низкой температуре, значит, в холодном межзвездном газе на пути от звезды к наблюдателю.

Во-вторых, линия межзвездного ионизированного кальция по форме отличается от линий в спектре звезды, на фоне которого она наблюдается, ведь ширина спектральных линий, прежде всего, зависит от температуры и плотности излучающего объекта. Узкая спектральная линия межзвездного ионизированного кальция еще раз подтверждает его низкую температуру и свидетельствует о его низкой плотности.

На рисунке представлена часть регистрограммы спектра горячей звезды с широкими и глубокими спектральными линиями поглощения. На этот участок спектра накладывается узкая резкая линия поглощения межзвездного ионизированного кальция.

В-третьих, лучевые скорости звезды и межзвездного газа, как правило, разные, поэтому и доплеровские сдвиги их спектральных линий – разные. Более того, если луч, идущий от звезды к наблюдателю, проходит через несколько межзвездных облаков, движущихся с различными скоростями, межзвездная линия расщепляется на несколько компонентов.

В-четвертых, в спектрах спектральнодвойных звезд происходят периодические сдвиги линий. Когда звезды движутся перпендикулярно лучу зрения, их линии находятся в несмещенном положении, а когда движутся вдоль луча зрения, линии раздваиваются: линии звезды, движущейся к наблюдателю, смещаются в коротковолновую сторону, а той, которая движется от наблюдателя, - в длинноволновую. Это происходит с периодом, равным периоду обращения звезд вокруг общего центра масс. Линии межзвездного газа не участвуют в этом «танце звездных линий», и поэтому можно определить, что они не принадлежат звездам.

Такими методами были обнаружены в видимом диапазоне калий, натрий, железо, углерод, азот, кислород, магний, кремний и др.

При такой низкой температуре способны образовываться молекулы, их линии поглощения и излучения наблюдаются в инфракрасном и радиодиапазонах (вода, углекислый газ, метан, соединения с серой, кремнием и др.), всего примерно 90 видов химических элементов и их соединений. Среди них и сложные органические молекулы, содержащие до 13 молекул. Из плотных газовых облаков в радиодиапазоне можно «услышать голоса» предбиологических молекул.

В настоящее время используется много и других методов исследования межзвездного газа.

Рахиль Менашевна, спасибо за такой подробный познавательный ответ. И вопрос интересный.

У меня - вопросы по поводу геомагнитных бурь:

1) Помнится, ещё в прошлом цикле солнечной активности мы с ребятами, когда увидели в интернете, что началась геомагнитная буря, сели вокруг стола, поставили на стол компас и замерли. И стрелка сама собой начала медленно колебаться (нерегулярно, в пределах нескольких градусов, с частотами < 1 Гц.). Могло это быть следствие магнитной бури (что стрелка колеблется так ощутимо)?

2) Почему геомагнитные бури оказывают влияние на организм человека? Ведь если буря состоит только в изменении направления геомагнитного поля с частотами < 1 Гц, то почему не возникает аналогичного явления в обычной жизни? Ведь мы двигаемся, поворачиваемся и в сопутствующей нам системе отсчёта геомагнитное поле тоже меняется по направлению. Да и по величине - тоже: подошли к железной двери - поле изменилось.

Может быть, здесь другой механизм воздействия на человека - не магнитный, а допустим, через электромагнитной излучение от вспышек на каких-то частотах? Оно может быть модулировано, т.е. нести некий сигнал (информацию), поэтому воздействие на организм может быть не силовым, а именно информационным. Ведь информационные процессы лежат в самой сущности Живого. Я нередко замечал изменение своего состояния сразу после вспышки, а не через 1-2 суток, когда возникает геомагнитная буря.

Вы не пробовали повторить свой эксперимент с магнитной стрелкой в день, когда не было магнитных бурь?

RMR_astra пишет:
Вы не пробовали повторить свой эксперимент с магнитной стрелкой в день, когда не было магнитных бурь?

Специально - нет, однако обычно магнитные стрелки так не дрожат.

У меня было ещё одно наблюдение за необычным поведением магнитной стрелки. Это было примерно в апреле 1996 года (не максимум солнечной активности). Мы с другом стояли в районе трамвайной остановки "4-й микрорайон". Я достал из кармана компас, дождался, пока стрелка начала успокаиваться. И вдруг стрелка начала достаточно регулярно совершать колебательные движения с частотой порядка 0.5 - 0.1 Гц, хотя поблизости не было движущих трамваев, только по улице Кирова иногда двигались машины метрах в 10-20-ти от нас. Однако, не было заметной корреляции движения стрелки компаса с движением машин. Помнится, мы были очень удивлены с моим другом.

Уважаемый Виктор Михайлович! ИСЗФ заинтересован в привлечении молодежи, организует школы и конференции, кроме того, сотрудничает со многими российскими и зарубежными университетами и обсерваториями В интернете есть много информации об этом Институте. Я для них абсолютно ничего не значу, а Вы как представитель Университета, руководитель Лаборатории космических исследований, профессор со многими почетными званиями - совсем другое дело. Было бы очень хорошо им написать, что в случае их принципиального согласия Вы приедете для установления более тесных контактов. Надеюсь, что наш университет Вам не откажет в такой командировке.А поездка должна быть очень информативной, так как это институт мирового уровня, и Вам  как преподавателю интересно посмотреть все их обсерватории и отделы.

Рахиль Менашевна! Я понял!

Попробуем наладить контакт.

Уважаемый Илья Петрович! Конечно, помню, как Вы, школьник,  удивили нас со Всеволодом Ивановичем самостоятельными и в то же время квалифицированными астрономическими наблюдениями. Помню, что Вам недостаточно было того, что давали в университете, кажется, Казанском, и Вы в каникулы в нашей областной библиотеке штудировали какие-то сложные науки, что Вы преподавали на математическом факультете нашего унивеситета и еще многое о Вас помню и потому отношусь с уважением.

Уважаемая Рахиль Менашевна! Вы напомнили мне о том интересном периоде, когда я «штудировал какие-то сложные науки» и т.п. Это был период, охватывающий последние классы школы и первый курс института. Дело в том, что до этого моим главным интересом была астрономия. Ну, может быть, ещё - радиотехника. Можно сказать, что астрономия была моей «первой любовью» в науке. С какого возраста она мной овладела – точно не скажу, но помню, что меня буквально потрясли фильмы «Москва-Кассиопея» и «Отроки во Вселенной» (а сейчас мои 10-летние воспитанники говорят, что это – их любимые фильмы :) ). Я ходил на эти фильмы в кинотеатр какое-то невообразимое число раз (больше 15 раз). Поскольку они вышли в 1973-74 годах, значит, мне тогда было 7-8 лет. В основе моей увлечённости астрономией лежало особое глубокое переживание, природу которого я обсуждаю на страничке «Трехмерная панорама Млечного Пути». Но это, скорее, переживание не красоты (Космоса), а что-то другое. Скорее, чувство возвышенного, осознание величественности Вселенной, а, может быть, и ещё что-то. Например, желание встретить высокоразвитых «братьев по разуму». Я даже написал в детстве рассказ на эту тему.

Так вот, в последних классах школы я начал осознавать, что более глубоким пластом астрономии является астрофизика (по сравнению с астрометрией и наблюдательной астрономией, которыми я до этого, в основном, занимался). А ещё более глубоким пластом знания является теоретическая физика. А математика лежит в основе всего знания. Шёл процесс быстрого расширения сферы моих интересов (наподобие инфляции в ранней Вселенной :) ). С другой стороны, мне казалось наиболее интересным искать наиболее общие законы, лежащие в основе всех областей науки и техники. Т.е., расширение сочеталось с углублением. Этот интерес, по-сути есть философия. Можно сказать, что я считал самой интересной и важной формой познания – философское познание. Так я считаю и до сих пор и стараюсь, по возможности, передавать этот интерес своим воспитанникам. Хоть и не являюсь философом по диплому. :)

И ещё один важный момент. Хотя, все свои «исследовательские работы» и «проекты» школьного периода я выполнял, как Вы правильно заметили, самостоятельно, я считаю, что ребёнку очень важно встретить на своём пути людей, которых можно назвать Учителями (с большой буквы). Мне повезло, что я иногда встречал таких людей. Я рад, что встретил Вас. В других (не связанных с астрономией) областях я также встречал Учителей с большой буквы. К сожалению, за редкими исключениями, это были не школьные учителя. :( Но именно их влияние на меня было решающим, хотя они и не «учили» меня, как в школе. Так, в 10 классе и несколько позже я понял, что гуманитарные науки – это не только советская марксистская схоластическая «болтология», что это тоже - науки, в которых есть свои постулаты, логические рассуждения, выводы. Конечно, до строгости физико-математических наук гуманитарным ещё далеко, но по значимости для человека, гуманитарные, пожалуй, гораздо важнее естественных.

Хочу спросить Вас, если этот вопрос не покажется Вам чересчур личным: как у Вас возникла увлечённость астрономией? Считайте, что это - вопрос в рамках темы данной странички: «Задать вопрос нелегко - ответить еще труднее».

«Солярис» - замечательно. Я давно поняла, что Вы организовали очень важное, полезное и необычное дело. Залог его успеха – Ваша широкая эрудиция.

Физика Солнца и солнечно-земных связей – неисчерпаемые темы. По ним накоплен гораздо больший наблюдательный материал, чем по другим космическим объектам. Но обработка наблюдений требует, как правило, больше времени, чем сами наблюдения. В связи с важным дополнением zhvictorm о корональных дырах и секторной структуре межпланетного магнитного поля и замечанием Полины о темах курсовых работ у меня возникло предложение установить связь (как со СГАУ) с Институтом солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН и предложить участие в обработке наблюдательного материала. Мы со студентами Пединститута написали два диплома по материалам наблюдений Солнца на станции ГАИШ в Казахстане и в Крымской астрофизической обсерватории. Институт под Иркутском был тогда засекречен. Одной из интересных тем могло бы быть исследование влияния секторной структуры межпланетного магнитного поля на земную магнитосферу при движении Земли по орбите. Изучить то, что уже сделано, и добавить что-то свое…

ИСЗФ СО РАН

Директор - член-корреспондент РАН

 Потехин Александр Павлович.

664033, г .Иркутск, ул. Лермонтова 126

 тел. : (395-2) 42-82-65

 факс: (395-2) 51-16-75

http://www.iszf.irk.ru/

 e-mail: uzel [at] iszf [dot] irk [dot] ru

Спасибо, Рахиль Менашевна! Ваша высокая оценка моей работы для меня особенно важна. Интересно, Вы знаете – кто «скрывается» за ником Sol? :) Помните меня? Когда мне было примерно столько же лет, сколько сейчас – моим воспитанникам, я участвовал в различных астрономических конференциях и викторинах, которые организовывали Вы вместе со Всеволодом Ивановичем Щуплецовым. Я также ходил на астрономический кружок, который Вы вели в педагогическом институте (как он тогда назывался), правда не очень регулярно. В 1979 году я стал призёром всесоюзного тележурнала «Звездочет» и, в качестве награды получил путёвку в «Орлёнок» на 4-й Всесоюзный слёт юных астрономов и космонавтов:

Рахиль Менашевна! Большое спасибо за предложение!

Было бы очень интересно провести совместные исследования.

Адреса Вы дали! Но для института не будет сюрпризом наше предложение?

Может быть было бы полезно сначала Вам с ними переговорить?

 

Корональные дыры.

Уважаемый So1! По сути вы задали два интересных астрофизических вопроса и сопроводили их очень подходящими иллюстрациями.

Первый – о природе корональных дыр, второй – о том, почему они видны на снимках, сделанных в ультрафиолете. Отвечать удобнее в обратном порядке.

В солнечной атмосфере температура возрастает от самого нижнего слоя, фотосферы, до самого верхнего слоя, короны. В фотосфере всего 6 тысяч градусов Кельвина, поэтому максимум излучения в непрерывном спектре приходится на видимый и инфракрасный диапазоны (снимок в континууме). Корона, у которой температура достигает 1-2 миллионов градусов, в основном излучает в ультрафиолете и рентгене (снимки Солнца в соответствующих линиях спектра). Поэтому изучение различных образований в короне в основном производится c космических станций.

Замечательный метод спектрогелиограмм позволяет получать не только изображения, но и физические характеристики процессов, происходящих на различных уровнях в атмосфере Солнца.

О корональных дырах. Плазма, истекающая из короны, увлекает за собой и магнитное поле. Поэтому чаще всего она имеет вид петель, опирающихся на корону. Так как магнитные поля оснований петель имеют противоположные знаки, то по одной стороне петли плазма вытекает из Солнца, а по другой втекает в него. Над активными образованиями петли вытягиваются и уходят далеко в межпланетное пространство. Из-за взаимодействия с межпланетным веществом большая часть плазмы рассеивается, поэтому возвратные потоки гораздо слабее исходящих. В случае корональных дыр петли могут достигать границ Солнечной системы, а петли расположены так, что земной наблюдатель смотрит на Солнце вдоль восходящей ветви. Устремляясь по радиальным силовым линиям магнитного поля, плазма попадает в более разреженные слои короны, расширяется и остывает до 0,8 миллиона градусов. Поэтому основания таких петель выглядят темнее окружающего фона.

Чуть-чуть дополню Рахиль Менашевну. Кроме того, что рассказала Рахиль Менашевна, надо еще сказать, что корональне дыры имеют отношение к секторной структуре магнитного поля Солнца (больших масштабов). Если двигаться вдоль экватора Солнца, то на его поверхности полярность мгнитного поля будет в среднем меняться.  Силовые линии то будут входить в Солнце, то выходить.

Корональные дыры располагются там, где величина магнитного поля больше, чем в других областях. На рис. показан вид на структуру магнитного поля Солнца с полюса Солнца. Примерно показана орбита Земли.  Температура в корональных дырах падает в соответстии  с простым законом сохранения энергии в форме уравнения Бернулли:

$\displaystyle{\frac{u^2}{2}+C_p T + \frac{H^2}{8\pi\rho}+\frac{p}{\rho}}=const$

Здесь - $T$ - температура,  $C_p$ - удельная теплоемкость, $H$ - напряженность магнитного поля, $u$ - скорость плазмы (солнечного ветра), $p$ - давление плазмы, а $\rho$ - ее плотность. Чем выше скорость $u$ и напряженность магнитного поля $H$,  тем ниже температура. Как говорят сейчас - солнечный ветер дует из корональных дыр. Из обычных областей солнечный ветер дует со скоростями 100-500 км/с, а из корональных дыр до 1000 км/с и больше. Корональные дыры чередуются с областями повышенной температуры, что и образует секторную структуру магнитного поля Солнца. Однако, каким образом и почему возникает секторная структура, до сих пор точно не известно.   

Вопросы по поводу секторной структуры магнитного поля Солнца:

1. Она имеет место всегда или только при наличии корональных дыр на Солнце? Количество секторов кореллирует с количеством корональных дыр?

2. Сектора вращаются относительно далёких звёзд, как твёрдое тело (с периодом вращения, равным сидерическому периоду вращения Солнца на экваторе) или угловая скорость вращения падает с расстоянием от Солнца? Падает, как 1/R, или как-то по другому?

3. Угол наклона спирали зависит от скорости солнечного ветра? Каким образом?

Илья! Спираль Паркера вращается у поверхности Солнца вместе с Солнцем. Я, по моему, Вам на одной из лекций рассказывал об этом. Вдали от Солнца магнитное поле тесно связано с характеристиками солнечного ветра, в которое оно вморожено. Поле по величине убывает и переносится солнечным ветром с сохранением направления. Поэтому и получается спираль. Скорость убывания оценивается с помощью космических аппаратов, но, насколько я знаю, общепринятой простой модели нет. Были модели Паркера (адиабатическая, изотермическая), но они не точно описывают то, как меняются параметры и солнечного ветра, и магнитного поля с расстоянием от Солнца.  Сейчас что-то считают численно. Что же касается секторной структуры, то она существует всегда, а количество сегментов определяется распределением поля на поверхности. Корональные дыры могут, как я понимаю, не всегда быть хорошо выраженными, как это представлено на твоем изображении, но секторная структура всегда связана с ростом и убыванием магнитного поля вдоль экваториального направления. Эта структура меняется в солнечном цикле. 

Какова скорость движения спирали около Земли (линейная, угловая)? Как часто Земля переходит из сектора в сектор? Такие переходы сопровождаются геомагнитными возмущениями?

Скорость вращения секторной структуры имеет порядок скорости вращения Солнца, насколько я понимаю. Но надо уточнить. Но точно она обгоняет Землю на орбите.

Что же касается возмущений, то они естественно возникают. Однако о величине этих возмущений я сейчас не скажу. Но ясно, что они не столь существенны как возмущения от вспышек на Солнце. 

zhvictorm пишет:

Скорость вращения секторной структуры имеет порядок скорости вращения Солнца, насколько я понимаю. Но надо уточнить. Но точно она обгоняет Землю на орбите.

Линейная скорость вращения поверхности Солнца на экваторе - порядка 2 км/сек. Линейная скорость движения Земли по орбите - 30 км/сек. Значит, если секторная структура магнитного поля "вморожена" в истекающую из Солнца плазму (солнечный ветер), то тангенциальная скорость ветра не сохраняется, а даже увеличивается? Что разгоняет его? Или секторная структура магнитного поля Солнца не связана жёстко с солнечным ветром?

Илья! Линейная скорость вращения спирали на орбите Земли будет во много раз больше, чем линейная скорость Земли, если бы она вращалась как твердое тело. Однако спираль привязана к солнечному ветру. Поэтому и получается спираль Архимеда для силовых линий магнитного поля.

Солнечный ветер разгоняется у поверхности Солнца, как сейчас полагают, за счет магнитного поля, а вдали за счет теплового расширения очень горячей плазмы (миллионы градусов) в короне.

zhvictorm пишет:
Илья! Линейная скорость вращения спирали на орбите Земли будет во многораз больше, чем линейная скорость Земли, если бы она вращалась как твердое тело. Однако спираль привязана к солнечному ветру.
Почему же тогда спираль обгоняет Землю, летящую по орбите?

Вообще то надо проверить этот вопрос. Я сейчас задумался, на сколько я себе правильно представляю то, как вращается спираль Паркера. Наверное, здесь уместно такое сравнение. Если представить себе, что с поверхности Солнца бьет из шланга струя воды (плазмы), то эта вода-плазма, вылетая из шланга, начинает двигаться уже по своим законам.  При вылете с поверхности Солнца ей передается импульс в касательном к поверхности Солнца направлении. Но эта составляющая скорости  2 км/с. Вылетевший участок плазмы переносит  магнитное поле, вмороженное в него, вдоль радиального направления, сохраняя его напраление. Силовая линия магнитного поля - это линия, к которой касателен вектор напряженности магнитного поля. Поэтому, когда мы говорим, о скорости вращения спирали Паркера, то говорим о том, как перемещаются точки силовой линии. Надо понять - как мы следим за точками силовой линии, т.е. каким маркером мы их выделяем.

При визуальном рассмотрении вращения спирали Паркера мы в качестве такого маркера принимаем расстояние от точки силовой линии до центра Солнца. Для данной силовой линии эта точка движется по окружности заданного радиуса. Если спираль имеет фиксированный параметр $\alpha$:

$$r=\alpha(\phi-\phi_0),$$

то точка с фиксированным расстоянием от Солнца должна двигаться с фиксированной угловой скоростью:

$$\displaystyle{\frac{dr}{dt} =0 \to \frac{d\phi}{dt}=\frac{d\phi_0}{dt}}$$.

Здесь  $\Omega=\frac{d\phi_0}{dt}$  - угловая скорость точки на поверхености Солнца

Иначе спираль стала бы изменяться со временем. Поэтому линейная скорость   такой точки на орбите Земли во много раз быстрее перемещается, чем сама Земля.  Однако параметр $\alpha$ - это отношение скорости солнечного ветра к угловой скорости вращения Солнца на экваторе:

$$\alpha = \frac{V_{sw}}{\Omega}$$

Скорость $V_{sw}$ солнечного ветра меняется от 100 км/с до 1000 км/с. Поэтому спираль меняется, то замедляя свое вращение, то ускоряя:

$$\displaystyle{\frac{dr}{dt}=0\to\frac{r}{\alpha}\frac{d\alpha}{dt}+\alpha\left( \frac{d\phi}{dt}-\frac{d\phi_0}{dt}\right)=0}$$.

Отсюда:

$\displaystyle{\frac{d\phi}{dt}=\frac{d\phi_0}{dt}-\frac{r}{\alpha^2}\frac{d\alpha}{dt}}$

или

$\displaystyle{\frac{d\phi}{dt}=\Omega\left(1-\frac{r}{V^2_{sw}}\frac{dV_{sw}}{dt}\right)}$

Насколько я понял, спираль Паркера – это то же самое, что гелиосферный токовый слой.

И, всё-таки я не понимаю следующее. Допустим, мы наблюдаем за облачком плазмы, вылетевшим с поверхности Солнца и имеющим касательную скорость 2 км/сек. Если спираль действительно архимедова, что следует из Вашей первой формулы, то мы будем замечать, что эта касательная скорость растёт пропорционально r.

Вопрос: какая сила разгоняет облачко?

Спасибо, Рахиль Менашевна, за разъяснение!

RMR_astra пишет:
В случае корональных дыр петли могут достигать границ Солнечной системы, а петли расположены так, что земной наблюдатель смотрит на Солнце вдоль восходящей ветви.

Значит, когда мы видим корональную дыру, мы, по-сути, смотрим в ствол "магнитной пушки", которая в этот момент "стреляет" в нас плазмой? Т.е., корональные дыры могут вызывать геомагнитные бури безо всяких вспышек на Солнце?

P.S. Мой ник - не So1, а Sol, что в переводе с латинского значит "Солнце". Поэтому и задаю вопросы про Солнце. :) Читается "соль", поскольку в латинском языке "л" всегда произносится мягко. Казалось бы - случайное созвучие с названием химического соединения. Однако, оно не случайно, а идёт от алхимической традиции сопоставления небесных светил и химических субстанций. В частности соль алхимики сопоставляли Солнцу.

Соответственно, Solaris переводется с латинского как "Солнечный" и произносится, как известно, с мягким "л": Солярис. 

Уменьшается ли энтропия Вселенной в целом или растёт? Или в целом - растёт, но локально может и уменьшаться? Ведь мы же видим сформированные структуры (например, спиральные галактики и др.).

хотелось бы узнать: уменьшается ли энтропия Вселенной в целом или растёт?

Это вопрос к Создателю Вселенной. Но очень приятно, что такие вопросы доверяются сайту Лаборатории космических исследований. А ВДРУГ?

Эйнштейн же говорил, что главное предназначение исследователя - проникнуть в мысли Бога. Всё остальное - частности. Впрочем, могу несколько скромнее сформулировать вопрос: как изменяется энтропия Вселенной с точки зрения современных её моделей? Из доклада Виктора Михайловича я уловил, что либо энтропия, либо плотность энтропии - постоянна. Хотелось бы уточнить.

С чем может быть связано появление в последние дни на Солнце тёмной области, видимой в УФ-диапазоне:

и рентгеновском диапазоне:

Однако, в видимом диапазоне и на магнитограмме никаких особенностей нет:

Какой объем займет воздух, выделенный при одном выдохе (3 л, всего 3,9 г), если его распределить в пространстве с такой же плотностью, как плотность межзвездной среды

Неожиданное представление ответа в комментарии RMR astra. В очередной раз удивление, как все устроено для того, чтобы на Земле существовала ЖИЗНЬ!

 

Наш знаменитый астроном, академик И.С. Шкловский преподавал в Московском университете и говорил, что любит задавать студентам простые вопросы, над которыми чаще всего не задумываются.

Вот несколько вопросов, которые по силам школьникам.

Почему звезды и планеты имеют шарообразную форму, а астероиды (тоже ведь небесные тела) - неправильную?

Почему космонавт на орбите находится в невесомости?

Перед тем, как ответить, стоит посчитать, какую долю своего веса он потеряет, поднявшись над Землей на 300 км (примерная высота полета спутников).

Сможет ли эта потеря веса объяснить невесомость?

Почему космонавт, который вышел из космического корабля, летит по орбите вместе со своим кораблем, а пассажир, которому душно в поезде, не может на ходу выйти из вагона и лететь рядом с поездом?

Очень простой вопрос, на который сразу даю ответ.

Какой объем займет воздух, выделенный при одном выдохе (3 л, всего 3,9 г), если его распределить в пространстве с такой же плотностью, как плотность межзвездной среды (10^-24 г/куб. см)?

Естественно, он займет объем размером в (3,9 х 10^24) куб. см. Ясно, что объем очень большой и представить себе его невозможно. Чтобы было удобнее, представим его в виде параллелепипеда с основанием в 1 кв. км, тогда его высота достигнет 3,9 х 10^9 км. Если предложить человеку, сделавшему выдох, посчитать километры в высоте параллелепипеда (один, два, три и т.д.), то ему придется считать без передышки день и ночь более 123 лет!

И при такой невероятной разреженности межзвездного газа современные методы позволяют обнаруживать атомы и молекулы вещества, которого в миллионы и сотни миллионов раз меньше по массе, чем основного элемента межзвездной среды – водорода.

 

Меня интересует, каким образом возникают джеты из ядер активных галактик.

Джеты – потоки плазмы, движущиеся вдоль оси вращения галактик. Их протяженность может достигать десятков миллионов световых лет. Выброс джета направлен против сил гравитации целой галактики! Какие силы в состоянии это совершить?

Джеты гораздо меньших масштабов наблюдаются и у некоторых протозвезд.

Вообще, вопрос очень интересный! Насколько я знаю, до недавнего времени образование джетов оставалось загадкой. По отношению к некоторым системам, по моему, и сейчас не все ясно! Но процесс крайне важный, поскольку, гамма-всплески, которые тоже загадка, связывают именно с джетами. 

Мой ответ на мой же вопрос написан в расчете, что его прочтут школьники или студенты.

Уважаемый Sol, Ваше замечание направило меня в тупик. Я даже предположить не могла, что кто-то будет перечитывать текст. Ваша же критика о "мертвом" сайте, главная страница которого не обновляется, подсказала простое решение изменять картинки на главной странице.

в чём смысл постоянного изменения картинки вверху странички?

Причина в эстетической области: чтобы глазам не надоедали одни и те же фотографии. Новая постоянно действующая рубрика "Задать вопрос нелегко - ответить еще труднее" мне кажется интересной и важной, тем более, что эта идея полностью Рахиль Менашевны. На этот материал заходят, комментарии есть. Скорее всего, обновление происходит автоматически при любом изменении. Чтобы не вводить в заблуждение, наверное, следует указывать, что текст не изменен.

вопрос относительно псевдо-обновлений страниц "Презентации выступлений на конференции "Первый шаг в космос" 2011 года" и ""Первый шаг в Космос" - конференция, 31 марта 2011 год".

Некоторые посетители сайта не знают, как открыть страницу, чтобы прочитать материал полностью (лирики по призванию, родители). Вторая причина - каждому приятно посмотреть свою фотографию на главной странице и показать родным и знакомым.

Данный сайт все-таки в первую очередь сайт Лаборатории космических исследований, на котором планировалось рассказывать о том, что делает Лаборатория. Достижения есть, но не все сообщают о них на своих личных страницах и на сайте. Поэтому приходится выставлять прежние материалы, которые пользуются "популярностью" по числу просмотров.

Вы, наверное, знаете факт с А. Эйнштейном. Молодая журналистка попросила великого ученого показать записную книжку, в которой он  отмечает умные мысли. Ответ Эйнштейна: "У меня нет такой книжки. Умные мысли так редко приходят в голову, что их нетрудно и запомнить".

 

Полина пишет:
...Ваша же критика о "мертвом" сайте...
Я никогда не говорил так о сайте ЛКИ!

Полина пишет:
...подсказала простое решение изменять картинки на главной странице...Причина в эстетической области: чтобы глазам не надоедали одни и те же фотографии.
Я не думаю, что посетители сайта смотрят на нём только картинки. :)

Полина пишет:
Чтобы не вводить в заблуждение, наверное, следует указывать, что текст не изменен.
Это было бы очень удобно! Вопрос в том - насколько сложно сделать это?

Полина пишет:
...приходится выставлять прежние материалы, которые пользуются "популярностью" по числу просмотров.
Согласен, что нужно периодически извлекать из архива интересные материалы и перечитывать их полностью. По крайней мере, давать такую возможность посетителям сайта. Здесь я полностью Вас поддерживаю.

Полина пишет:
Ваша же критика о "мертвом" сайте, главная страница которого не обновляется, подсказала простое решение изменять картинки на главной странице.

Повторюсь. Если есть что-то, что должно оставаться на виду постоянно, лучше вынести это в отдельный блок справа. Постоянное изменение картинки, на мой взгляд, не сильно спасает от впечатления: "да здесь постоянно одни и те же статьи висят".