Эта статья была опубликована у 186-м номере журнала The Universe Space Tech. Ее автор — Михаил Лашко, кандидат педагогических наук, научный сотрудник отдела астрометрии и космической геодинамики ГАО НАН Украины
Что такое межпланетное пространство? Чем оно наполнено? Рядовому читателю сразу же представляется абсолютный темный вакуум, в котором летают планеты, кометы, астероиды и другие тела Солнечной системы. На самом деле это не совсем так.
Если сформулировать чисто научное определение данного термина, то межпланетное пространство — это пространство между Солнцем и самой далекой от него планетой, то есть Нептуном. За его «нижнюю границу» обычно принимают условную границу космического пространства, пролегающую на высоте 100 км над земной поверхностью. Оно не является полностью пустым, это не абсолютный вакуум: оно заполнено большим количеством различных частиц, среди которых — нейтральные атомы водорода и гелия, плазма из водорода и гелия (основные компоненты так называемого солнечного ветра), разнообразное электромагнитное излучение, магнитные поля, нейтрино, разновидности частиц межпланетной пыли, камни, метеороиды, космические лучи.
Но путь к такому представлению о межпланетном пространстве был достаточно сложным. О том, что Вселенная не пуста, писал еще древнегреческий философ Парменид, отрицавший существование пустоты, и Аристотель. Впоследствии тем же Аристотелем было сформулировано учение об эфире, наполняющем космическое пространство и сквозь который беспрепятственно движутся небесные тела. Средневековая наука почти без изменений унаследовала идеи античности: в частности, Джордано Бруно и Николай Коперник, а также ряд других астрономов того времени были уверены, что Вселенная наполнена «мировым эфиром». Подобное представление бытовало в науке почти до конца XIX века, и лишь убедительные результаты опыта Майкельсона-Морли полностью опровергли эту теорию, открыв путь современным взглядам.
Если же говорить о непосредственных исследованиях межпланетной среды человеком, то такая возможность появилась только во второй половине XX века. С запуском первого искусственного спутника началось активное изучение сначала околоземного, а затем и межпланетного пространства. Для этих исследований используются почти исключительно автоматические аппараты. Это и неудивительно, поскольку межпланетное пространство представляет собой весьма неблагоприятную среду для жизни — человек в ней подвергается опасным воздействиям вакуума и радиоактивного излучения. Некоторые из этих аппаратов (Pioneer 10 и 11, Voyager 1 и 2) уже вышли за пределы Солнечной системы.
Самым главным «наполнителем» межпланетного пространства является солнечный ветер — поток плазмы от Солнца, заполняющий почти всю гелиосферу. В его состав входят электроны, протоны, захваченные магнитными полями ионы, образовавшиеся в результате взаимодействия с излучением. Солнечный ветер обладает высокой турбулентностью и его действие проявляется достаточно неравномерно.
Межпланетное пространство серьезно влияет на находящиеся в нем тела и происходящие там процессы. Оно имеет сложную структуру, обусловленную солнечной активностью. Во время хромосферных вспышек в космос летят потоки ионизированного газа, плазмы, рентгеновского и ультрафиолетового излучения, а также радиоволн различной длины. При увеличении расстояния от Солнца сила солнечного ветра уменьшается, потоки протонов слабеют, но их скорость остается постоянной. Его взаимодействие с планетами и малыми телами Солнечной системы влияет на их магнитные поля и состояние внешних плазменных оболочек. Характер такого воздействия напрямую зависит от свойств этих тел (в частности, от наличия у них магнитного поля), и оно также слабеет с удалением от Солнца.
Магнитное поле Земли защищает нас от большинства вредных влияний солнечного ветра. Результатом взаимодействия с ним становятся магнитные бури — возмущения земного магнитного поля. Ярким проявлением таких возмущений являются полярные сияния.
Свойства межпланетной среды достаточно специфичны. Она имеет характеристики, присущие плазме, а не обычному газу. Благодаря этому сила магнитного поля Солнца на орбите Земли существенно выше расчетных показателей, то есть если бы межпланетное пространство было абсолютным вакуумом, этот показатель уменьшался бы по мере удаления от нашего светила гораздо быстрее.
Межпланетная среда находится также под воздействием магнитосфер крупных планет — в частности, Юпитера и Сатурна. Они обладают столь мощными магнитными полями, что в довольно большой области пространства оно доминирует над магнитным полем Солнца. Это вносит возмущение в потоки солнечного ветра, которое влечет за собой появление полярных сияний на планетах-гигантах.
Если бы межпланетное пространство было вакуумом, температура в нем равнялась бы температуре реликтового излучения — 2,7 градуса Кельвина, или -270,45°C. На самом деле разогрев частиц в этом пространстве зависит прежде всего от их расстояния до Солнца. К примеру, средняя температура пылинок в Главном поясе астероидов может колебаться от 200 K в его внутренних областях до 165 K во внешних.
Еще одной категорией «населения» межпланетного пространства является межпланетная или космическая пыль — основной источник метеорных потоков и метеорных дождей (то есть потоков с интенсивностью свыше 1000 метеоров в час). Его частицы, достигающие поверхности Земли, называют микрометеоритами. Их размер составляет от нескольких молекул до 0,2 мкм, а форма варьируется от почти идеальной сферы до пористых обломков с острыми углами.
На поверхность Земли, по разным оценкам, ежедневно оседает от 60 до 100 тонн космической пыли, что в пересчете составляет 25-40 тысяч тонн в год или в среднем 8,6 г на квадратный километр. Легче всего изучать этих «микроскопических пришельцев», извлекая их из многолетних ледников Антарктиды и Гренландии. Исследуя их концентрацию в различных слоях льда, можно проследить связь количества межпланетной пыли с солнечной активностью, а также с появлением ярких комет и другими факторами.
Пылинки, не имеющие собственного магнитного поля (таких в межпланетном пространстве подавляющее большинство), подвергаются беспощадному воздействию солнечного ветра и космического излучения. В результате мощной бомбардировки высокоэнергетическими частицами межпланетная пыль сама становится источником слабого излучения.
Пыль занимает всю межпланетную среду, но распределена в ней весьма неравномерно. Основная ее масса находится вблизи Солнца во внутренней части гелиосферы и у плоскости эклиптики. Это, в частности, астероидная пыль (результат столкновения астероидов и их частичного разрушения), кометная пыль (продукт кометной активности, выбрасываемый ядрами комет во время их прохождения через внутренние области Солнечной системы), межзвездная пыль, влетающая в Солнечную систему в результате ее движения по Галактике, а также бета-метеороиды — мелкие частицы, для которых давление солнечного излучения сравнимо с гравитационным притяжением, поэтому они медленно выталкиваются из сферы притяжения Солнца.
Пыль в межпланетной среде играет и собственную роль — помимо прочего, она частично рассеивает солнечный свет и поглощает тепловое излучение. По некоторым оценкам, общая масса пыли в Солнечной системе равна массе астероида диаметром примерно 30 км.
Ярким доказательством существования межпланетной пыли является зодиакальный свет. В наших широтах его можно наблюдать весной после вечерних сумерек и осенью перед рассветом. Природа этого явления связана с отражением солнечного света от поверхности многочисленных частиц пыли, находящихся в межпланетной среде (главным образом между Землей и Солнцем).
Исследования космической пыли и ее анализ позволяют ученым получить информацию о формировании и эволюции Солнечной системы. Она также играет важную роль на ранних стадиях звездообразования и участвует в формировании экзопланет. Частицы межпланетной пыли входят в состав колец Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, постоянно бомбардируют кометные ядра и астероиды, постепенно разрушая их и одновременно обогащая веществом.
Уникальной особенностью космической пыли является то, что она практически не претерпевает разрушения в плотных слоях атмосферы Земли. Микрометеориты размером более ста микрометров тормозятся при попадании в верхние атмосферные слои достаточно медленно, благодаря чему почти не обгорают и выпадают на земную поверхность без повреждений, а потому являются важнейшим источником для исследования происхождения и первоначальной природы Солнечной системы.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
