Warum stört der Sonnenwind die Planeten nicht?

Die Sonne erzeugt diese Heliosphäre, indem sie einen konstanten Partikelstrom und ein Magnetfeld mit über 670.000 Meilen pro Stunde in den Weltraum schickt, was auch als Sonnenwind bekannt ist. Wenn die Geschwindigkeit des Windes so groß ist, warum stört er dann nicht die Planeten in unserem Sonnensystem? Verhindert es nur, dass Fremdpartikel aus dem interstellaren Raum in die Heliosphäre gelangen?

Warum die Ablehnung? Dies scheint eine vollkommen gute Frage zu sein, und die Antwort würde die Berechnung des Impulsflusses des Sonnenwinds beinhalten, was keine triviale Berechnung ist.
2 Gründe: Der Titel ist eigentlich nicht sehr relevant für die Frage und zweitens die Formulierung der Frage.
Es ist nicht so sehr der Sonnenwind, der viele kosmische Strahlen und Teilchen daran hindert, in das Sonnensystem einzudringen, sondern die Heliosphäre der Sonne (sie wird vom Sonnenwind gespeist, ist aber technisch gesehen kein Sonnenwind). en.wikipedia.org/wiki/Heliosphere
Außerdem, @tammy chong, das Magnetfeld breitet sich nicht mit 670.000 Meilen pro Stunde durch den Weltraum aus, seine Auswirkungen sind im Weltraum mit Lichtgeschwindigkeit zu spüren, fast 180.000 mps (Meilen pro Sekunde).
Die Prämisse dieser Frage ist falsch. Der Sonnenwind hat möglicherweise große Auswirkungen auf die Atmosphäre der Planeten.
@TamoghnaChowdhury - Während sich die Photonen in einem Magnetfeld im Vakuum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können, ist dies in einem magnetisierten Plasma nicht der Fall. In einem Plasma sind Magnetfelder in ihrer Phasengeschwindigkeit begrenzt, es sei denn, die das Feld tragende Mode ist eine sogenannte freie Mode . Kritisieren Sie Tammy also nicht so schnell, denn was Sie gesagt haben, ist nicht ganz richtig.
Ich dachte an diese Frage, nachdem ich sie von der NASA gelesen hatte ( spaceplace.nasa.gov/interstellar/en ). Dort sind die Informationen zu Partikelfluss und Magnetfeld angegeben. Vielleicht ist meine Frage nicht genau, aber ich lerne hier.
@TamoghnaChowdhury Tatsächlich beträgt die Lichtgeschwindigkeit nicht "fast" 180 km / h, sondern etwas mehr (fast 3,5% mehr).
Können Sie genauer sagen, was Sie mit Disruption meinen? Es gibt konkurrierende Antworten, die sich mit mehreren Möglichkeiten befassen, wie der Sonnenwind Planeten stören kann oder nicht. Meinst du ihre Umlaufbahnen? Atmosphären? Magnetfelder? etwas anderes? alle von diesen?
Der Kommentar von @Michael ist die erste Stelle, an der ich "km" als Abkürzung für "tausend Meilen" gesehen habe.

Antworten (4)

Der Sonnenwind übt tatsächlich eine Kraft auf die Planeten aus, jedoch stellt sich heraus, dass die Kraft so gering ist, dass sie keine messbare Wirkung hat.

Die Kraft kann aus der Tatsache berechnet werden, dass die Kraft gleich der Änderungsrate des Impulses ist. Angenommen, die Gesamtmasse aller Sonnenwindpartikel, die pro Sekunde auf die Erde treffen, ist M , und die mittlere Geschwindigkeit der Teilchen ist v , dann ist die Kraft, die der Sonnenwind auf die Erde ausübt, einfach:

F = M v

Ich weiß nicht, was der Massenfluss und die Geschwindigkeit sind, aber der Wikipedia-Artikel über den Sonnenwind gibt den Druck an. P , die vom Wind in der Entfernung Sonne-Erde erzeugt werden, auf 1 bis 6 Nanopascal. Die Gesamtkraft auf die Erde ist dieser Druck multipliziert mit der Querschnittsfläche π r 2 . Der Radius der Erde beträgt etwa 6.371.000 Meter, also erhalten wir:

F = P × π r 2 ≈ 130 zu 800 kN

Um zu sehen, warum dies vernachlässigbar ist, vergleichen wir es mit der Gravitationskraft zwischen Sonne und Erde. Dies ergibt sich aus dem Newtonschen Gravitationsgesetz:

F = G M Sonne M Erde r 2

und es funktioniert so:

F ≈ 3.54 × 10 22 N

Die Kraft des Sonnenwinds beträgt also nur etwa 0,000000000000001% ( 10 − fünfzehn % ) der Gravitationskraft.

Kommentare sind nicht für längere Diskussionen gedacht; Diese Konversation wurde in den Chat verschoben .
Ich bin verwirrt über die F = M v Formel (auch wenn es für den Rest der Antwort keine Rolle spielt). Ich weiss F = M a und p = M v : wie kommst du zu F = M v ?
@OxTaz: Kraft = Änderungsrate des Impulses. M ist der Massenstrom, dh die Menge an Masse, die pro Sekunde auf die Erde trifft. Angenommen, die Teilchen hören auf, wenn sie auf die Erde treffen M v ist die Impulsänderung pro Sekunde.

Der Sonnenwind stört die Planeten.

Informieren Sie sich über atmosphärische Flucht :

Wenn ein Planet kein Magnetfeld hat (aus später beschriebenen Gründen), kann der Sonnenwind eine Atmosphäre durch einen als Sputtern bezeichneten Prozess abstreifen. Ohne Magnetfeld kann der Sonnenwind direkt auf die Atmosphäre des Planeten treffen. Die hochenergetischen Ionen des Sonnenwinds können Atmosphärenpartikel in großen Höhen auf ausreichend hohe Geschwindigkeiten beschleunigen, um zu entkommen.

Die relative Bedeutung dieses Effekts im Vergleich zu anderen Formen des atmosphärischen Entweichens ist ein Thema aktiver Forschung. Die NASA-Maven-Sonde ist eines der neuesten Tools, um diese Frage zu beantworten:

Wissenschaftler haben angenommen, dass der Mars einen Großteil seiner Atmosphäre durch einen als Stripping bekannten Prozess verloren hat, als der Sonnenwind ein leichteres Isotop (Art) von Wasserstoff in den Weltraum schob und ein schwereres Isotop namens Deuterium zurückließ. Als Wasserstoff entwich, wurde die Atmosphäre dünner. Dies könnte erklären, warum auf der Marsoberfläche vor Milliarden von Jahren kein Wasser mehr floss.

Also, obwohl nicht alle Wissenschaftler zustimmen (Wikipedia enthält eine unbelegte Behauptung, dass diese NASA-Maven-Wissenschaftler sich irren!), ist es derzeit verfrüht zu behaupten, dass der Sonnenwind die Planeten nicht stört.

Können Sie ein Beispiel dafür geben, wie die Windgeschwindigkeit der Sonne die atmosphärische Flucht beeinflusst? Ich meine, was ist, wenn es überhaupt keinen Einfluss hat, solange das Magnetfeld stark genug ist? Ich meine Analogie zur Schwerkraft auf die Antwort von Rennie. Es ist, als würde man neben einem Bahngleis stehen und durch die Kollision von Train getötet werden. -Aber Sie sind nicht im Gleis, also hat ein Gespräch über die Zuggeschwindigkeit keine Relevanz. Was wäre, wenn der Sonnenwind, dh. erhöht die Menge an atmosphärischen Gasen, dh. durch Aurora? Können Sie überhaupt beantworten, ob die Auswirkungen des Sonnenwinds positiv oder negativ sind? Wiki sagt "Glaube".
@JokelaTurbine Ich weiß es nicht und ich bin mir nicht sicher, ob Domänenexperten es wissen. Ich bin kein Spezialist und mein Wissen ist ziemlich begrenzt.
@JokelaTurbine - Die obere Atmosphäre ist ionisiert und somit ausgesetzt E × B -driftet. In diesem Fall kann man approximieren E ∼ − v s w × B , wo v s w ist die Sonnenwindgeschwindigkeit. Daher ist die Sonnenwindgeschwindigkeit nicht irrelevant (mein Kommentar bezieht sich auf einen nicht magnetisierten Planeten ... siehe meine Antwort zu Problemen mit magnetisierten Planeten).

Der Sonnenwind ist ein Strom geladener Teilchen, Plasma genannt , der ständig von der Sonne ausgeht. Plasmen können eine interessante Eigenschaft aufweisen, die als Einfrieren bezeichnet wird, wobei das Magnetfeld und der Massenfluss miteinander verbunden sind (nun, technisch gesehen ist es ein Zustand zum Einfrieren des Flusses , aber ...). Das Magnetfeld bewegt sich nicht wirklich, eher bewegen sich die Quellen, aber das ist ein ziemlich nuancierter Punkt. Der Punkt ist, dass ein magnetisiertes Plasma ständig planetare Magnetosphären bombardiert .

Die Antwort auf Ihre Frage lautet, dass der Sonnenwind tatsächlich die Atmosphären der Planeten und sicherlich ihre Magnetosphären beeinflusst. Im Folgenden beschreibe ich ein Beispiel dafür, wie sich dies auf unsere Atmosphäre auswirken kann. John hat bereits erklärt, dass der dynamische Druck ziemlich gering ist, daher ist der "Wind" selbst kein wirkliches Problem. Ich werde mich also auf die elektromagnetischen Effekte konzentrieren.

Die Aurora
Durch einen Prozess namens magnetische Wiederverbindung können Energie und Impuls über die Magnetopause in die Magnetosphäre transportiert werden. Der Wiederverbindungsprozess führt zu einer Neukonfiguration der Magnetfeldtopologie, und dem Feld werden an verschiedenen Stellen innerhalb der Magnetosphäre neue Spannungen/Dehnungen auferlegt.

Einer dieser Orte ist der geomagnetische Schweif (dh die der Sonne abgewandte Seite des Planeten), wo verstärkte Sonnenwindströmungen und eine Wiederverbindung auf der Tagesseite zu einer „Dehnung“ der Topologie führen können. Die gestreckten Felder im Schwanz können sich auch wieder verbinden. Eine der Folgen des Wiederverbindungsprozesses ähnelt der einer Schleuder . Wenn magnetische Feldlinien gedehnt und wieder gelöst werden, können sie ähnlich wie ein entspannendes Gummiband reagieren . Da sich geladene Teilchen aufgrund der Lorentz-Kraft im Allgemeinen nicht gerne über das Magnetfeld bewegen, kann die Relaxation des Magnetfelds zu einer erheblichen Teilchenbeschleunigung/Erregung führen.

Wenn sich die Schweiffelder also entspannen, können sie Teilchen in Richtung des Planeten beschleunigen. Da die Teilchen in der Nähe des Planeten auf unterschiedliche Plasmadichten und Feldstärken treffen, können sie durch mehrere andere Prozesse weiter beschleunigt werden. Einen dieser Prozesse habe ich hier besprochen . Einige dieser Teilchen gewinnen genug Energie und haben einen ausreichend kleinen Neigungswinkel , um in die Planetenatmosphäre einzudringen. Die Abscheidung energetischer Teilchen kann neutrale Atome anregen und zur Emission von Licht führen, das als Aurora bezeichnet wird .

Andere Wirkungen
Es gibt mehrere andere Wirkungen des Sonnenwinds auf Planeten, einschließlich der Rate des polaren Abflusses (dh Prozess, durch den geladene Teilchen aus einer Atmosphäre entlang des Magnetfelds „austreten“), bodeninduzierte Ströme , Wirkungen auf den Gesamtelektronengehalt , usw.

Im Allgemeinen gibt es also viele Möglichkeiten, wie der Sonnenwind einen Planeten beeinflussen kann, unabhängig davon, ob er intern magnetisiert ist oder nicht.

Ich kann mich zu dieser Frage an 2 Punkte erinnern:

1) Der Sonnenwind, wie ihr ihn nennt, ist nicht sehr dicht. Selbst wenn es sehr schnell ist, trägt es nicht genug kinetische Energie, um beispielsweise Asteroiden aus der Umlaufbahn zu stoßen.

Beachten Sie jedoch, dass der nicht dichte Sonnenwind nur über die koronale Ausdehnung der Sonne hinaus anwendbar ist. Innerhalb der koronalen Region ist der Sonnenwind (in Bezug auf Weltraumgas) (ziemlich) dicht und beeinflusst die Heliosphäre/Korona der Sonne allein durch reine kinetische Störungen/Kollisionen.

2) Die maximale Störwirkung des Sonnenwinds kommt nicht von seiner kinetischen Energie, sondern von der elektrischen Störung, die durch die geladenen Teilchen, die er trägt, erzeugt wird. Alle Planeten mit einer relativ dicken Atmosphäre (ca. 300 km Ausdehnung ohne Exosphäre) haben jedoch eine Magnetosphäre, die durch Gezeitenströme in ihren eisenhaltigen flüssigen Kernen erzeugt wird, die diese geladenen Teilchen abstoßen und verhindern, dass sie die Atmosphäre erodieren, indem sie das Gas ionisieren und dann abstoßen sie weg. Ein typisches Beispiel: Der Mars verlor offenbar einen Großteil seiner magnetosphärischen Stärke, um sich vor dem Sonnenwind zu schützen, aufgrund einer unbekannten Katastrophe kosmischen Ausmaßes vor etwa 2-3 Milliarden Jahren. Die Erde hat immer noch fast ihre volle Stärke, also leben wir. Aber sogar auf der Erde, über dem 70. Breitengrad, kann man die Polarlichter sehen, die aufgrund elektrischer Wechselwirkungen zwischen ionosphärischen Teilchen und geladenen Teilchen aus dem Sonnenwind entstehen. Dies liegt daran, dass das Magnetfeld der Erde in ständigem Fluss ist und in höheren Breiten (über Kanada hinaus) etwas schwächer ist. Also, um deine Fragen zu beantworten:

Der Sonnenwind stört die Planeten des Sonnensystems, aber elektrisch, nicht (signifikant) kinetisch. Auch diese elektrische Störung wird durch unsere schützende Magnetosphäre reduziert. Es verzögert auch (und verhindert den Eintritt, wenn sie eine niedrige Energie haben oder hoch geladen sind) den Eintritt von interstellaren Teilchen (kosmische Strahlung) in das System. Alle kosmischen Strahlen, die wir auf der Erde beobachten, haben also auch nach dem Durchdringen der Atmosphäre eine sehr hohe Energie. Das ist auch ein Grund, warum wir Dinge wie Alpha-Teilchen in der kosmischen Strahlung äußerst selten finden.

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