PLAZMA VE VESMÍRU

separator

Na této stránce naleznete:
item Slunce
item Magnetosféry planet
item Atmosféry planet
item Mlhoviny
item Galaxie
Chapter 4

separator


Slunce

Na Slunci najdeme celou řadu příkladů vláknitých helikálních struktur s Birkelandovými proudy tekoucími podél silokřivek lokálních magnetických polí: protuberance (1011 A), spikule, koronální proudy, erupce a další. Slunce je zdrojem magnetického pole ve tvaru Archimédových spirál vytvořených rotací Slunce, do kterého je ponořena celá sluneční soustava. Oblast ovlivňovaná magnetickým polem Slunce se nazývá heliosféra. K hranici heliosféry (heliopauze) se v roce 2005 přiblížily sondy Voyager 1 a 2. Ze Slunce vychází nepřetržitý proud nabitých i neutrálních částic, který nazýváme sluneční vítr. průměrné pole Slunce je 10−4 T (1 gauss). Lokální pole ve skvrnách dosahují až 0,1 T (1 000 gauss).

Slunce

Sluneční vítr u Země

koncentrace: asi 30 částic v jednom cm3
rychlost: 500 km/s
teplota: 50 eV (1 eV ~ 10 000 K) 
magnetické pole: 20 nT (200 mikrogaussů)

 

Pole Slunce

Pole Slunce

Tvar magnetického pole Slunce. Napravo plocha nulového pole.

 

Sluneční magnetosféra

Magnetosféra našeho Slunce

 

1083 nm (IR)30,4 nm (UV)19,5 nm (UV)Měkké RTG

Tatáž oblast Slunce v různých vlnových délkách. Čtveřice světlých útvarů v horní části jsou sluneční skvrny. V optickém oboru by byly tmavší než okolí, v krátkovlných oborech jsou naopak zářivější!
1) 1083 nm (He I); National Solar Observatory, Kitt Peak (Arizona) 12.10.1997
2) 30,4 nm (He II), Soho EIT, 13.10.1997
3) 19,5 nm (FeXII), Soho EIT, 13.10.1997
4) Měkké RTG, Yohkoh Soft X-ray Telescope, 11.10.1997

 

Aktivní filamentyProtuberancePád komet Romeo a Julie do SlunceSluncetřesení

1) Filametární struktura se zjasněními v okolí sluneční skvrny. Fotografie v čáře H alfa.
2) Protuberance ovládaná magnetickým polem. Soho 1996.
3) Pád dvou komet Romeo a Julie (Soho 54 a Soho 55) do Slunce 1.6.1998.
4) Sluncetřesení. Seismická vlna zachycená sondou Yohkoh 6.7.1996. Rychlost vlny ~ 100 000 km/s

Magnetosféry planet

Původní dipólové pole planety je deformováno interakcí se Slunečním větrem do charakteristického tvaru magnetosféry. V těsné blízkosti planety je zpravidla korotující plazmosféra, ve směru ke Slunci je rázová vlna, na které se skokem mění parametry Slunečního větru. Směrem od Slunce se táhne plazmový ohon. Plazmový systém ohraničuje hraniční vrstva magnetosféry. V polárních oblastech vytvářejí zachycené nabité částice charakteristické plošné výboje – polární záře. Proudy tečou v plochách podél silokřivek pole planety a jde o tzv. Birkelandovy proudy.

Magnetosféra Země: v korotující plazmosféře je teplota částic 1 eV, v plazmovém ohonu 1 až 10 keV, koncentrace částic je 0,5 cm−3. Plazmový ohon se táhne až do stonásobku poloměru Země a má tloušťku přibližně 20 poloměrů Země. Hraniční vrstva magnetosféry odděluje magnetické pole Země od okolí a má koncentraci částic 1 cm−3.

Magnetosféra Země

Magnetosféra Jupiteru je podobná magnetosférám ostatních planet. Navíc má tzv. plazmový torus. Měsíc Io svou sopečnou činností vyvrhuje plazma bohaté na síru, které podél celé jeho trajektorie vytváří rozsáhlý plazmový torus. Podél silokřivek magnetického pole planety Jupiter (kolmo na torus) tekou Birkelandovy proudy, které se uzavírají přes Měsíc Io a částečně ho zahřívají. Velikost těchto Birkelandových proudů se odhaduje na několik milionů Ampérů. Birkelandovy proudy  přispívají společně se slapovými silami k ohřevu Měsíce a udržování jeho sopečné činnosti.

Magnetosféra Jupiteru

 

Vulkány na IoVulkány na IoVulkány na Io

Vulkanická činnost na Iu
1) Vulkán Prometheus na Iu, sonda Galileo 1998.
2) Vulkán Pele, HST (WFPC 2, 1997).
3) Vulkány na Iu.

Magnetosféra Saturnu má také plazmový torus, podobně jako Jupiter. Saturnův plazmový torus je největším plazmovým útvarem ve sluneční soustavě. Sahá od 15-ti násobku poloměru planety až do 25-ti násobku poloměru. V toru je přibližně 3 000 částic v jednom cm3.

Saturnův torus

Magnetosféry komet. Také komety mají své magnetosféry. Například u známé Halleovy komety bylo při posledním průletu naměřeno magnetické pole v ohonu 70 nT (700 mikrogaussů), koncentrace částic 1 000 v cm3 a teplota 1,5 eV (1 eV ~ 10 000 K). U komety Hyakutake z roku 1996 byla v ohonu nalezena propletená plazmová vlákna a družice ROSAT detekovala RTG záření vycházející z jádra.

Kometa Hyakutake 20.3.1996. Propletená plazmová vlákna.Kometa Hyakutake. Jádro v RTG (ROSAT).

Hyakutake, 1996. 1) Propletená plazmová vlákna. 2) jádro v RTG (ROSAT)

Atmosféry planet

V atmosférách planet se plazmatu týkají především rozsáhlé ionizované oblasti – ionosféry. Z pozemské ionosféry je z plazmatického hlediska nejvýznamnější tzv. vrstva F (140 až 1 000 km, ve které dosahuje koncentrace ionizovaných částic až 106 v jednom cm3. V ionosféře Venuše byla detekována proudová vlákna s Birkelandovými proudy o délce až 20 km. Dalším zajímavým jevem jsou elektrostatické výboje v atmosférách – blesky. Typická energie pozemského blesku je 6×108 J, blesky na Venuši mají energie kolem 2×1010 J a na Jupiteru 3×1012 J.

V polárních oblastech dochází k plošným proudovým výbojům – polárním zářím. Na Zemi jsou často pozorovány podélné filamenty délky asi 100 m. Polární záře byly pozorovány i na Jupiteru a Saturnu.

AuroraAurora na JupiteruAurora na Jupiteru

Polární záře: 1) Aljaška 1998, 2) jižní pól Jupiteru, 3) severní pól Jupiteru

Mlhoviny

V mnoha mlhovinách pozorujeme helicitní vláknité struktury. Zde nemáme přímá pozorování, která by potvrdila, že jde o filamenty s Birkelandovými proudy, ale existují nepřímé indicie: pozorování polarizovaného synchrotronního záření, které vzniká jedině v oblastech s magnetickými poli a detekce projevů vysoce energetických částic, které mohou být urychlovány právě v pinčové struktuře. Za plazma lze považovat i rozsáhlé oblasti neutrálního vodíku (H I oblasti). Stupeň ionizace je v těchto mlhovinách sice jen 10−4, ale vzhledem k jejich značným rozměrům postačí i tato koncentrace k markantnímu kolektivnímu chování (mlhovina reaguje na globální elektrická a magnetická pole).

Rozsáhlé vláknité struktury jsou pozorovány zejména v pozůstatcích po explozích supernov. Ze záření, které k nám přichází z Krabí mlhoviny, se usuzuje na přítomnost magnetického pole 16 nT.

N 132 d

Pozůstatek po explozi supernovy N 132 D ve  Velkém Magellanově mračnu. HST (WFPC 2, 1995). Na snímku jsou typické vláknité struktury.

Galaxie

V centru Galaxie je sledováno několik filamentů o délce asi 60 pc, které připomínají pokroucená lana a mají tedy helikální strukturu. Pravděpodobně jde také o plazmové útvary udržované magnetickým polem. Odhad velikosti polí a proudů je založen jen na nejisté rozměrové extrapolaci. Také v radiových galaxiích, aktivních jádrech galaxií a ve výtryscích kvasarů jsou pozorovány rozsáhlé vláknité struktury. Samy výtrysky kvasarů jsou horkým vysoce kolimovaným plazmatem.

M 87 - HST M 87 - VLT

Centrum blízké obří galaxie M 87. V centru je masivní černá díra s vysoce energetickým výtryskem (jetem). Výtrysk obsahuje rychle se pohybující nabité částice a je složen z vláken příčných rozměrů 10 světelných let. Charakter výtrysku odpovídá modelům černých děr s tlustým akrečním diskem. Nalevo snímek z HST, napravo z VLT.


separator