Czym jest wiatr słoneczny i jakie zjawiska wywołuje?

● Wiatr słoneczny jest strumieniem plazmy ze Słońca, składającym się przede wszystkim z protonów, elektronów i cząstek alfa.

● Prędkość wiatru słonecznego w pobliżu Ziemi wynosi średnio 450 km/s.

● Wiatr słoneczny oddziałuje na pole magnetyczne Ziemi powodując m.in. burze magnetyczne.

Wiatr słoneczny jest strumieniem plazmy ze Słońca. Składa się z protonów, elektronów i cząsteczek alfa. Wiatr słoneczny przemieszcza się we wszystkich kierunkach i przemierza przestrzeń międzyplanetarną tworząc tak zwaną heliosferę. W skład plazmy wiatru słonecznego wchodzi również mieszanina materiałów znajdujących się w plazmie słonecznej.

Pole magnetyczne, głównie samego Słońca, a także wiatr z pobliskich gwiazd deformują ruch cząstek, w wyniku czego heliosfera nie jest idealną kulą. Zasięg wiatru słonecznego ograniczony jest przez ciśnienie gazu międzygwiazdowego. Wiatr słoneczny ma różną gęstość, temperaturę i prędkość. W okolicach Słońca prędkość wiatru słonecznego wynosi od 300 do 800 km/s, natomiast w pobliżu Ziemi około 450 km/s. Wiatr słoneczny odkształca magnetosferę Ziemi, która odpowiedzialna jest za ochronę naszej planety przed tym promieniowaniem. W okolicach Ziemi na każdy centymetr sześcienny przestrzeni przypada od 5 do 10 cząsteczek wiatru słonecznego.

Wiatr słoneczny może wywoływać powstawanie burz magnetycznych oraz zorzy polarnej na Ziemi.

ZOBACZ TEŻ: Do Ziemi dotarł wiatr słoneczny. Wywołał burzę geomagnetyczną

Istnienie cząstek wypływających ze Słońca na Ziemię po raz pierwszy zasugerował brytyjski astronom-amator Richard C. Carrington. W 1859 Carrington i Richard Hodgson (również brytyjski astronom-amator) niezależnie dokonali pierwszych obserwacji tego, co później nazwano rozbłyskiem słonecznym. Jest to nagły wzrost jasności na dysku słonecznym, o którym obecnie wiadomo, że często występuje w połączeniu z epizodycznym wyrzutem materiału i strumienia magnetycznego z atmosfery Słońca, znanym jako koronalny wyrzut masy. Następnego dnia zaobserwowano potężną burzę geomagnetyczną i Carrington podejrzewał, że może istnieć związek między tymi dwoma zjawiskami. Irlandzki naukowiec George FitzGerald zauważył później, że materia jest okresowo przyspieszana przez Słońce i dociera do Ziemi w ciągu kilku dni.

W 1910 roku brytyjski astrofizyk Arthur Eddington chciał udowodnić istnienie wiatru słonecznego, jednak jego obserwacja nigdy nie została w pełni przyjęta. Pomysł, że wyrzucony materiał składa się zarówno z jonów, jak i elektronów, został po raz pierwszy przedstawiony w 1916 roku przez norweskiego naukowca Kristiana Birkelanda. Jego badania geomagnetyczne wykazały, że aktywność zorzy polarnej była prawie nieprzerwana. Ponieważ zjawisko to było wytwarzane przez cząstki ze Słońca, doszedł do wniosku, że Ziemia jest nieustannie „bombardowana” przez promienie cząstek elektrycznych emitowanych przez Słońce.

ZOBACZ TEŻ: Wiatr słoneczny "zdmuchnął" atmosferę Marsa

Aktywność słoneczna wpływa na zmiany pola magnetycznego Ziemi. Burzę powodują naładowane cząstki, które poruszają się po przeciwstawnych polach magnetycznych. Prowadzi to do wytworzenia prądu elektrycznego, co podwyższa temperaturę plazmy. Wytworzona energia jest następnie wypromieniowywana w przestrzeń kosmiczną w postaci rozbłysku słonecznego. Towarzyszy temu koronalny wyrzut masy, a jego siła zależy od aktywności Słońca, która zmienia się co 11 lat.

Burze magnetyczne nie są rzadkim zjawiskiem. Mogą wystąpić wiele razy w ciągu roku i w większości przypadków nie powodują widocznych zmian w funkcjonowaniu ludzi i zwierząt.

Zorza polarna charakteryzuje się świeceniem górnej warstwy atmosfery w okolicach arktycznych i antarktycznych. Może rozciągać się na tysiące kilometrów wokół kuli ziemskiej od obu biegunów. Natomiast jest ona dość cienka, bo ma zaledwie około 100 metrów grubości.

Jak powstaje zorza polarna? Ziemia wytwarza pole magnetyczne, którego linie oplatają cały glob i zagęszczają się w okolicach bieguna północnego i południowego. Pole to przyspiesza elektrony i protony, które znajdują się na wysokości od 3 do 12 tysięcy kilometrów. Pojawienie się zorzy polarnej ma związek z rozbłyskami na Słońcu. Materia wyrzucona w rozbłyskach tworzy wiatr słoneczny, którego naładowane cząsteczki są przechwytywane przez pole magnetyczne Ziemi. Przyspieszone elektrony wchodzą w głębszą warstwę atmosfery i zderzają się z powietrzem. Atomy i cząsteczki, które są w powietrzu, ulegają wzbudzeniu, a nadmiar uzyskanej energii emitują w postaci światła widzialnego i niewidzialnego.

Na skutek wiatru słonecznego powstają niebezpieczne burze magnetyczne. Większość z nich nie powoduje zagrożenia dla ludzi, jednak występują też takie, które mogą potencjalnie okazać się tragiczne w skutkach.

Największą groźbę stanowi zakłócenie przez burzę magnetyczną pracy urządzeń zależnych od energii elektrycznej. Dotyczy to np. rozległych systemów przesyłowych w wysoko rozwiniętych krajach, takich jak Chiny, Australia, USA czy Kanada. Jednym z najbardziej katastrofalnych w skutkach zagrożeń spowodowanych brakiem prądu mogłoby być wyłączenie aparatury medycznej, także tej podtrzymującej życie pacjentów.

W przypadku wystąpienia burzy słonecznej zniszczeniu mogą ulec satelity, a także może zostać zakłócony sygnał radiowy. Zjawisko to wpływa na pole magnetyczne Ziemi i może wywołać tzw. prądy geomagnetyczne w rurociągach gazowych i naftowych. To z kolei może m.in. przyspieszać procesy korozyjne w elementach stalowych. Przykładem następstwa pojawienia się zakłóceń w ziemskim polu magnetycznym jest eksplozja gazociągu na Syberii, która miała miejsce 1989 roku. Obecnie ryzyko wystąpienia takiego incydentu jest niewielkie, ponieważ rurociągi budowane są z uwzględnieniem rozwiązań minimalizujących reakcje elektrochemiczne.

Źródła: encyklopedia.pwn.pl zpe.gov.pl pgi.gov.pl Ziemia, woda, ogień, wiatr. Nasze połączenie z Matką Ziemią, Crowther Kiesha, wydawnictwo: New Space, 2019