Hintergrund

Es gibt eine schöne Übersicht unter http://solarphysics.livingreviews.org/Articles/lrsp-2013-5/articlese2.html , die mehrere schöne Zahlen zeigt. Nachfolgend finden Sie Auszüge aus dieser Bewertung.

Der Sonnenwind besteht aus einem ionisierten Gas namens Plasma , was bedeutet, dass die Teilchen der Lorentzkraft unterliegen .

Das Plasma verlässt die Sonne meist dem Magnetfeld folgend auf nahezu radialen Bahnen. Da sich jedoch die Sonne dreht und die photosphärischen Magnetfelder im Plasma eingefroren sind , erscheint das Magnetfeld so, als würde es in einem Muster ähnlich einer archimedischen Spirale "aufgewickelt" .

Nehmen wir eine konstante Volumenströmungsgeschwindigkeit und Erhaltung des magnetischen Flusses an , dann die radiale Komponente des solaren Magnetfelds,$B_{r}$, nimmt mit dem umgekehrten Quadrat des Abstands oder ab$\propto r^{-2}$. In sphärischen Koordinaten können wir schreiben:

$$B_{r}\left( r, \theta, \phi \right) = B_{ro} \left( \frac{ R_{\odot} }{ r } \right)^{2} \tag{1}$$ Wo $B_{ro}$ist das Feld an dem Punkt, der mit dem Radius der Sonne verbunden ist$R_{\odot}$, Längengrad $\phi_{o}$, und Kolatitude $\theta$. Da wir die Erhaltung des magnetischen Flusses angenommen haben (dh Plasma ist in das Magnetfeld "eingefroren"), fällt eine Plasmastromlinie mit dem Magnetfeld zusammen. Daher haben wir im mitrotierenden Rahmen der Sonne: $$\frac{ B_{\phi}\left( r, \theta, \phi \right) }{ B_{r}\left( r, \theta, \phi \right) } = \frac{ V_{\phi} }{ V_{r} } = \frac{ - \boldsymbol{\Omega} \times \mathbf{r} }{ V_{r} } \tag{2}$$ Wo $V_{r}$ist die angenommene konstante radiale Sonnenwindgeschwindigkeit, $V_{\phi}$die Azimutgeschwindigkeit ist, die sich aus dem mitrotierenden Bezugssystem ergibt, und $\Omega$ist die Rotationswinkelfrequenz dieses mitrotierenden Bezugsrahmens (d. h. die Rotationsrate der Sonne ~ 24-27 Tage, je nach Schema oder ~ $14.713^{\circ}/day$am Äquator oder ~ $2.972 \times 10^{-6} \ rad/s$). So können wir sehen, dass wir umschreiben können $B_{\phi}\left( r, \theta, \phi \right)$als: $$B_{\phi}\left( r, \theta, \phi \right) = - B_{ro} \frac{ \Omega \ R_{\odot}^{2} \ \sin{\theta} }{ V_{r} \ r } \tag{3}$$

Zusammenfassend unter diesen Annahmen$B_{\phi} \rightarrow 0$an den Polen (dh wo$\theta \rightarrow 0$oder$\pi$). Den Winkel, den der IWF in Bezug auf die radiale Richtung bildet, nennen wir den Spiralwinkel. Das oben beschriebene Modell wird nach Eugene Parker lose als Parker-Spirale bezeichnet .

Bewegt sich der Sonnenwind in einer meist geraden Linie von der Sonne zur Erde, zum Mars oder zu einem zufälligen Punkt in der interplanetaren Leere? Sind die meisten ankommenden Teilchen senkrecht zu der projizierten Scheibe, die die Erde darstellt?

Wenn wir verwenden$r$= 1 AE ,$\theta = \pi/2$, Und$V_{r}$= 400 km/s, dann ist der Spiralwinkel der IMF ~$48^{\circ}$. Wenn wir uns ändern$r$bis 0,7 AE (dh ungefähr die Umlaufbahn der Venus), dann fällt dieser Winkel auf ~$38^{\circ}$. Wenn wir uns ändern$r$bis 1,5 AE (dh ungefähr die Umlaufbahn des Mars), dann fällt dieser Winkel auf ~$59^{\circ}$.

Als Follow-up, wie ist die Verteilung der Ausstoßwinkel von der Sonne und die Verteilung der Einfallswinkel auf der Erde (oder eine andere zufällige kreisförmige Referenz)?

Dies kann leider nicht beantwortet werden, da das Magnetfeld der Sonne so variabel und inhomogen ist, dass wir nur verallgemeinernde Näherungen wie das oben beschriebene Modell machen können.

Wenn die Venus die für die Erde bestimmten Teilchen passieren würde, würde es dann zu einer Linsenbildung oder einem deutlich reduzierten Teilchenbeschuss durch die beeinflussten Teilchen kommen?

Wir sind viel zu weit entfernt, um nennenswerte Nachlaufeffekte der Venus zu bemerken. Gelegentlich können wir Teilchen entdecken, die vom Jupiter stammen, aber diese sind hochenergetisch und haben nichts mit typischen Sonnenwindprozessen zu tun.