Ця стаття була опублікована у 186-му номері журналу The Universe Space Tech. Її автор — Михайло Лашко, кандидат педагогічних наук, науковий співробітник відділу астрометрії та космічної геодинаміки ГАО НАН України
Що таке міжпланетний простір? Чим він наповнений? Пересічному читачеві одразу уявляється абсолютний темний вакуум, у якому літають планети, комети, астероїди й інші тіла Сонячної системи. Насправді це не зовсім так.
Якщо сформулювати суто наукове визначення даного терміну, то міжпланетний простір — це простір між Сонцем і найдальшою від нього планетою, тобто Нептуном. За його «нижню межу» зазвичай беруть умовну межу космічного простору, що починається на висоті 100 км над земною поверхнею. Він не є повністю порожнім, не є абсолютним вакуумом: цей простір заповнений великою кількістю різних частинок, серед яких — нейтральні атоми водню та гелію, плазма з водню та гелію (основні компоненти так званого сонячного вітру), різноманітне електромагнітне випромінювання, магнітні поля, нейтрино, різновиди частинок міжпланетного пилу, камінці, метеороїди, космічні промені.
Але шлях до такого уявлення про міжпланетний простір був доволі складним. Про те, що Всесвіт не порожній, писав ще давньогрецький філософ Парменід, який заперечував існування порожнечі, й Арістотель. Згодом тим же Арістотелем було сформульоване вчення про ефір, який наповнює космічний простір і крізь який безперешкодно рухаються небесні тіла. Середньовічна наука майже без змін успадкувала ідеї античності: зокрема, Джордано Бруно та Микола Коперник, а також ряд інших тогочасних астрономів були впевнені, що Всесвіт наповнений «світовим ефіром». Подібне уявлення побутувало в науці майже до кінця XIX століття, і лише переконливі результати досліду Майкельсона-Морлі повністю спростували цю теорію, відкривши шлях сучасним поглядам.
Якщо ж казати про безпосередні дослідження міжпланетного середовища людиною, то така можливість з’явилася лише у другій половині XX століття. З запуском першого штучного супутника розпочалось активне вивчення спочатку навколоземного, а потім і міжпланетного простору. Для таких досліджень використовуються майже виключно автоматичні апарати. Це й не дивно, бо міжпланетний простір є вельми несприятливим середовищем для життя — людина в ньому піддається небезпечним впливам вакууму та радіоактивного випромінювання. Деякі з цих апаратів (Pioneer 10 і 11, Voyager 1 і 2) уже вийшли за межі Сонячної системи.
Найголовнішим «наповнювачем» міжпланетного простору є сонячний вітер — потік плазми від Сонця, що заповнює собою майже всю геліосферу. До його складу входять електрони, протони, захоплені магнітними полями іони, що утворилися в результаті взаємодії з випромінюванням. Сонячний вітер має високу турбулентність і його дія проявляється досить нерівномірно.
Міжпланетний простір серйозно впливає на тіла, що перебувають у ньому, та процеси, які в ньому відбуваються. Він має складну структуру, зумовлену сонячною активністю. Під час хромосферних спалахів у космос летять потоки іонізованого газу, плазми, рентгенівського й ультрафіолетового випромінювання, а також радіохвиль різної довжини. При збільшенні відстані від Сонця сила сонячного вітру зменшується, потоки протонів слабшають, але їхня швидкість лишається сталою. Його взаємодія з планетами й малими тілами Сонячної системи впливає на їхні магнітні поля та стан зовнішніх плазмових оболонок. Характер такого впливу напряму залежить від властивостей цих тіл (зокрема, від наявності у них магнітного поля), і він також слабшає з віддаленням від Сонця.
Магнітне поле Землі захищає нас від більшості шкідливих впливів сонячного вітру. Результатом взаємодії з ним стають магнітні бурі — збурення земного магнітного поля. Яскравим виявом таких збурень є полярні сяйва.
Властивості міжпланетного середовища досить специфічні. Воно має характеристики, що притаманні плазмі, а не звичайному газу. Завдяки цьому сила магнітного поля Сонця на орбіті Землі суттєво більша за розрахункові показники, тобто якби міжпланетний простір був абсолютним вакуумом, цей показник зменшувався би в міру віддалення від нашого світила набагато швидше.
Міжпланетне середовище перебуває також під впливом магнітосфер великих планет — зокрема, Юпітера та Сатурна. Вони мають настільки потужне магнітне поле, що в досить великій області простору воно домінує над магнітним полем Сонця. Це вносить збурення в потоки сонячного вітру, який спричиняє появу полярних сяйв на планетах-гігантах.
Якби міжпланетний простір був вакуумом, температура в ньому дорівнювала би температурі реліктового випромінювання — 2,7 градусів Кельвіна, чи -270,45°C. Насправді розігрів частинок у цьому просторі залежить насамперед від їхньої відстані до Сонця. Для прикладу, середня температура пилинок у Головному поясі астероїдів може коливатися від 200 K у його внутрішніх областях до 165 K у зовнішніх.
Ще однією категорією «населення» міжпланетного простору є міжпланетний, або космічний пил, який є основним джерелом метеорних потоків і метеорних дощів (тобто потоків з інтенсивністю понад 1000 метеорів за годину). Його частинки, що досягають поверхні Землі, називають мікрометеоритами. Їхній розмір становить від кількох молекул до 0,2 мкм, а форма варіюється від майже ідеальної сфери до пористих уламків із гострими кутами.
На поверхню Землі, за різними оцінками, щодня осідає від 60 до 100 тонн космічного пилу, що в перерахунку складає 25-40 тисяч тонн на рік, або в середньому 8,6 г на квадратний кілометр. Найлегше вивчати цих «мікроскопічних прибульців», видобуваючи їх із багатолітніх льодовиків Антарктиди та Гренландії. Досліджуючи їхню концентрацію в різних шарах льоду, можна прослідкувати зв’язок кількості міжпланетного пилу з сонячною активністю, а також із появою яскравих комет й іншими чинниками.
Пилинки, що не мають власного магнітного поля (таких у міжпланетному просторі переважна більшість), піддаються нещадному впливу сонячного вітру та космічного випромінювання. Внаслідок потужного бомбардування високоенергетичними частинками міжпланетний пил сам стає джерелом слабкого випромінювання.
Пил займає все міжпланетне середовище, але розподілений у ньому дуже нерівномірно. Основна його маса перебуває поблизу Сонця у внутрішній частині геліосфери та біля площини екліптики. Це, зокрема, астероїдний пил (результат зіткнення астероїдів і їхнього часткового руйнування), кометний пил (продукт кометної активності, що викидається ядрами комет під час їх проходження крізь внутрішні області Сонячної системи), міжзоряний пил, що влітає в Сонячну систему в результаті її руху Галактикою, а також бета-метеороїди — дрібні частинки, для яких тиск сонячного випромінювання порівняний із гравітаційним притяганням, тому він повільно виштовхує їх зі сфери тяжіння Сонця.
Пил у міжпланетному середовищі відіграє і власну роль — зокрема, він частково розсіює сонячне світло та поглинає теплове випромінювання. За деякими оцінками, загальна маса пилу в Сонячній системі дорівнює масі астероїда діаметром приблизно 30 км.
Яскравим доказом існування міжпланетного пилу є явище зодіакального світла. В наших широтах його можна спостерігати навесні після вечірніх сутінків і восени перед світанком. Природа цього явища пов’язана з відбиттям сонячного світла від поверхні численних частинок пилу, що знаходяться у міжпланетному середовищі (головним чином між Землею та Сонцем).
Дослідження космічного пилу та його аналіз дозволяють ученим отримати інформацію про формування й еволюцію Сонячної системи. Він також відіграє важливу роль на ранніх стадіях зореутворення та бере участь у формуванні екзопланет. Частинки міжпланетного пилу входять до складу кілець Юпітера, Сатурна, Урана та Нептуна, вони постійно бомбардують кометні ядра й астероїди, поступово їх руйнуючи й одночасно збагачуючи речовиною.
Унікальною особливістю космічного пилу є те, що він практично не зазнає руйнування у щільних шарах атмосфери Землі. Мікрометеорити розміром понад сто мікрометрів гальмуються при потраплянні у верхні атмосферні шари досить повільно, завдяки чому майже не обгорають i випадають на земну поверхню без пошкоджень, а тому є надзвичайно важливим джерелом для дослідження походження та первісної природи Сонячної системи.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
