Idi na sadržaj

Polarni vjetar

S Wikipedije, slobodne enciklopedije
Zemljina plazmatska fontana, koja prikazuje ione kisika, helija i vodika koji izbijaju u svemir iz područja blizu Zemljinih polova. Slabo žuto područje prikazano iznad Sjevernog pola predstavlja plin koji se gubi sa Zemlje u svemir; zeleno je područje aurora borealis – ili energija plazme koja se vraća u atmosferu.[1]

Polarni vjetar ili plazmatska fontana trajni je odljev plazme iz polarnih područja Zemljine magnetosfere.[2]:29 Konceptualno sličan solarnom vjetru, jedan je od nekoliko mehanizama za odljev ioniziranih čestica. Vjeruje se da su ioni ubrzani polarizacijskim električnim poljem, poznatim kao ambipolarno električno polje, primarni uzrok polarnog vjetra. Slični procesi odvijaju se i na drugim planetama.[3]

Historija

[uredi | uredi izvor]

Godine 1966. Bauer[4] i, odvojeno, Dessler i Michel[5] primijetili su da, budući da Zemljino geomagnetno polje iznad polova formira dugi rep od Sunca izvan Mjesečeve orbite, ioni bi trebali teći iz područja višeg pritiska u ionosferi u svemir.[6] Izraz "polarni vjetar" skovan je[7]:1937 1968. u dvama člancima Banksa i Holzera[8] te Iana Axforda.[9] Budući da je proces kojim ionosferska plazma struji od Zemlje duž linija magnetnog polja sličan toku solarne plazme od Sunčeve korone (solarnog vjetra), Axford je predložio izraz "polarni vjetar".

Najranija eksperimentalna karakterizacija polarnog vjetra potječe iz projekata satelita Explorer 33 iz 1966. i posebno ISIS-2 iz 1974.[10][11] Dodatni podaci iz misije Dynamics Explorer 1981. doveli su do određene nesigurnosti u teorijskim modelima o ulozi hladnih O+ iona. Ovo pitanje razjašnjeno je sveobuhvatnijim podacima sa satelita Akebono iz 1989.[7]:1955 i satelita Polar iz 1996.[7]:1966

Ideja o polarnom vjetru nastala je iz želje za rješavanjem paradoksa zemaljskog helijskog proračuna. Taj paradoks sastoji se od činjenice što se čini da se helij u Zemljinoj atmosferi proizvodi (radioaktivnim raspadom uranija i torija) brže nego što se gubi izlaskom iz gornje atmosfere. Spoznaja da bi se dio helija mogao ionizirati i stoga napustiti Zemlju duž otvorenih linija magnetnog polja u blizini magnetnih polova ("polarni vjetar") jedno je od mogućih rješenja paradoksa.

Uzroci

[uredi | uredi izvor]
Konceptualni dijagram dva glavna učinka ambipolarnog električnog polja: napuhavanja ionosfere i stvaranja polarnog vjetra. Iskričava plava izmaglica koja okružuje Zemlju predstavlja plazmu u ionosferi. Iskričave linije predstavljaju polarni vjetar koji struji prema gore i van.[12]

Nakon 30 godina istraživanja pokazalo se da je "klasični" uzrok polarnog vjetra ambipolarni odljev termalne plazme: ubrzanje iona polarizacijskim električnim poljem u ionosferi.[2]:451 Polarizacija ili ambipolarno električno polje izvorno je predloženo 1920-ih za ionizirane zvjezdane atmosfere.[11]:1927 Razdvajanje gravitacijskog naboja stvara polje u iznosu gdje je gravitacijsko polje, a srednja ionska masa, polovina razlike između mase jednostruko nabijenih iona i elektrona. Ova jednostavna formula primjenjiva je samo u plazmi u hidrostatskoj ravnoteži. Složeniji modeli primjenjivi na stvarne plazme pokazuju veću jačinu polja. U svakom slučaju polje je vrlo malo, ali, za razliku od drugih sila, usmjereno je dalje od gravitacije.[11]:1927 U plazmi niske gustoće na velikoj nadmorskoj visini nadjačava gravitaciju za lahke ione.

U području polarnog vjetra ionosferska plazma se širi, a niska gustoća omogućuje gravitaciji da povlači ione prema dolje u odnosu na elektrone u plazmi. Razdvajanje naboja rezultira električnim poljem, koje zatim šalje neke ione prema gore i izvan atmosfere.[13]:147 Ovaj mehanizam poznat je kao "ambipolarni odljev",[14] a polje kao "ambipolarno" ili "polarizacijsko električno polje". Dodatni mehanizmi uključuju ubrzanje iona solarnim fotoelektronima koji bježe duž linija magnetnog polja.[14]

Odljev iona zbog ambipolarnog električnog polja na kraju se akumulira u plazmasferi ako slijede zatvorene linije magnetnog polja, ali ioni koji slijede otvorene linije magnetnog polja izlaze iz Zemljinog sistema.[13]:167 Ioni koji slijede otvorene linije magnetnog polja guraju se od Sunca silama solarnog vjetra (antisolarna konvekcija).[13]:149

Mjerenja

[uredi | uredi izvor]

Pokrenuta su brojna istraživanja polarnog vjetra, uključujući ISIS-2, Dynamics Explorer, satelite Akebono i Polar, pokrivajući različite nadmorske visine, geografske širine i vremena u odnosu na solarni ciklus. Neki od zaključaka uključuju sljedeće:[7]

  • glavni sastojci polarnog vjetra jesu elektroni, ioni vodika (H+), helija (He+) i kisika (O+);
  • ioni O+ dominiraju ispod visine 4000 km;
  • sve tri vrste iona postižu nadzvučne brzine iznad 7000 km, a brzine se povećavaju na više od 2 Macha iznad 50.000 km;[7]:1976
  • brzina polarnog vjetra raste s nadmorskom visinom i veća je na strani Zemlje na kojoj je dan.

Polarizacija ili ambipolarno električno polje direktno je izmjereno 2022. sondažnom raketom lansiranom sa Svalbarda. Ova NASA-ina misija nazvana je "Endurance".[12] Poređenje električnog potencijala na visini 250 km s onim na 768 km dala je razliku od +0,55 volta s nesigurnošću od 0,09 volta.[15]

Također pogledajte

[uredi | uredi izvor]

Reference

[uredi | uredi izvor]
  1. ↑ Plasma fountain Source, objava za medije: Mike Carlowicz; "Solar Wind Squeezes Some of Earth's Atmosphere into Space", decembar 1998.
  2. 1 2 Schunk, R. W.; Nagy, Andrew (2000). Ionospheres: physics, plasma physics, and chemistry. Cambridge atmospheric and space science series (jezik: engleski). New York: Štamparija Univerziteta u Cambridgeu. ISBN 978-0-521-63237-9.
  3. ↑ Gronoff, G.; Arras, P.; Baraka, S.; Bell, J. M.; Cessateur, G.; Cohen, O.; Curry, S. M.; Drake, J. J.; Elrod, M.; Erwin, J.; Garcia-Sage, K.; Garraffo, C.; Glocer, A.; Heavens, N. G.; Lovato, K. (august 2020). "Atmospheric Escape Processes and Planetary Atmospheric Evolution". Journal of Geophysical Research: Space Physics (jezik: engleski). 125 (8). arXiv:2003.03231. Bibcode:2020JGRA..12527639G. doi:10.1029/2019JA027639. ISSN 2169-9380.
  4. ↑ Bauer, S. J. (1966). "The structure of the topside ionosphere". u J. Frihagen (ured.). Electron Density Profiles in Ionosphere and Exosphere. North-Holland.
  5. ↑ Dessler, A. J.; Michel, F. C. (1. 3. 1966). "Plasma in the geomagnetic tail". Journal of Geophysical Research (jezik: engleski). 71 (5): 1421–1426. doi:10.1029/JZ071i005p01421.
  6. ↑ Schunk, R. W.; Sojka, J. J. (juni 1997). "Global ionosphere‐polar wind system during changing magnetic activity". Journal of Geophysical Research: Space Physics (jezik: engleski). 102 (A6): 11625–11651. doi:10.1029/97JA00292. ISSN 0148-0227.
  7. 1 2 3 4 5 Yau, Andrew W.; Abe, Takumi; Peterson, W. K. (1. 11. 2007). "The polar wind: Recent observations". Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Recent Advances in the Polar Wind Theories and Observations. 69 (16): 1936–1983. doi:10.1016/j.jastp.2007.08.010. ISSN 1364-6826.
  8. ↑ Banks, Peter M.; Holzer, Thomas E. (1968). "The Polar Wind". Journal of Geophysical Research. 73 (21): 6846–6854. Bibcode:1968JGR....73.6846B. doi:10.1029/JA073i021p06846.
  9. ↑ Axford, W. Ian (1968). "The Polar Wind and the Terrestrial Helium Budget". Journal of Geophysical Research. 73 (21): 6855–6859. Bibcode:1968JGR....73.6855A. doi:10.1029/JA073i021p06855.
  10. ↑ Hoffman, J. H.; Dodson, W. H.; Lippincott, C. R.; Hammack, H. D. (1. 10. 1974). "Initial ion composition results from the Isis 2 satellite". Journal of Geophysical Research (jezik: engleski). 79 (28): 4246–4251. doi:10.1029/JA079i028p04246.
  11. 1 2 3 Lemaire, J. F.; Peterson, W. K.; Chang, T.; Schunk, R. W.; Barakat, A. R.; Demars, H. G.; Hazanov, G. V. (1. 11. 2007). "History of kinetic polar wind models and early observations". Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Recent Advances in the Polar Wind Theories and Observations. 69 (16): 1901–1935. doi:10.1016/j.jastp.2007.08.011. ISSN 1364-6826.
  12. 1 2 Lacey Young (28. 8. 2024), Discovering Earth’s Third Global Energy Field, NASA
  13. 1 2 3 Welling, Daniel T.; André, Mats; Dandouras, Iannis; Delcourt, Dominique; Fazakerley, Andrew; Fontaine, Dominique; Foster, John; Ilie, Raluca; Kistler, Lynn; Lee, Justin H.; Liemohn, Michael W.; Slavin, James A.; Wang, Chih-Ping; Wiltberger, Michael; Yau, Andrew (2015). "The Earth: Plasma Sources, Losses, and Transport Processes". Space Science Reviews (jezik: engleski). 192 (1–4): 145–208. Bibcode:2015SSRv..192..145W. doi:10.1007/s11214-015-0187-2. ISSN 0038-6308.
  14. 1 2 Schunk, R. W. (1. 11. 2007). "Time-dependent simulations of the global polar wind". Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics. Recent Advances in the Polar Wind Theories and Observations. 69 (16): 2028–2047. Bibcode:2007JASTP..69.2028S. doi:10.1016/j.jastp.2007.08.009. ISSN 1364-6826.
  15. ↑ Collinson, Glyn A.; et al. (29. 8. 2024). "Earth's ambipolar electrostatic field and its role in ion escape to space". Nature (jezik: engleski). 632 (8027): 1021–1025. doi:10.1038/s41586-024-07480-3. Pristupljeno 26. 9. 2024.

Vanjski linkovi

[uredi | uredi izvor]
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Polarni_vjetar&oldid=3753716"