Введение
Материал, заполняющий Солнечную систему
Межпланетная среда (МПС) или межпланетное пространство состоит из массы и энергии, которые заполняют Солнечную систему, и сквозь которую движутся все крупные тела Солнечной системы, такие как планеты, карликовые планеты, астероиды и кометы. МПС заканчивается на гелиопаузе, за пределами которой начинается межзвездная среда. До 1950 года межпланетное пространство широко рассматривалось как либо пустой вакуум, либо состоящее из "эфира".
Состав и физические характеристики
Межпланетная среда включает в себя межпланетную пыль, космические лучи и горячую плазму солнечного ветра. Плотность межпланетной среды очень низкая и уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. Она изменчива и может подвергаться влиянию магнитных полей и явлений, таких как корональные выбросы массы. Типичные плотности частиц в межпланетной среде составляют около 5–40 частиц/см³, но наблюдаются значительные колебания. Вблизи Земли плотность составляет около 5 частиц/см³, однако зарегистрированы значения до 100 частиц/см³. Долгое время, вплоть до 1959 года, когда Чепмен предположил температуру порядка 10 000 К, очень горячая межпланетная среда не привлекала особого внимания геофизиков, пока наблюдения на низкой околоземной орбите экзосферы не опровергли его точку зрения. Фактически, окончательные прогнозы Фурье и Чепмена оказались верными: поскольку межпланетная среда настолько разрежена, она не демонстрирует термодинамического равновесия. Вместо этого различные компоненты имеют разные температуры. Температура солнечного ветра в цислунном пространстве соответствует оценке Чепмена, а температура частиц пыли вблизи орбиты Земли в среднем составляет [значение опущено]. В целом, температура солнечного ветра уменьшается пропорционально обратному квадрату расстояния до Солнца.
Поскольку межпланетная среда представляет собой плазму, или газ ионов, она обладает характеристиками плазмы, а не просто газа. Например, она переносит с собой магнитное поле Солнца, обладает высокой электропроводностью (что приводит к формированию гелиосферного токового слоя), образует плазменные двойные слои при контакте с планетарной магнитосферой или на гелиопаузе и демонстрирует нитевидную структуру (например, в полярных сияниях). Плазма в межпланетной среде также отвечает за то, что напряженность магнитного поля Солнца на орбите Земли более чем в 100 раз превышает первоначальные оценки. Если бы пространство было вакуумом, то магнитное дипольное поле Солнца в теслах уменьшалось бы пропорционально кубу расстояния примерно до [значение опущено] тесла. Однако спутниковые наблюдения показывают, что оно примерно в 100 раз больше и составляет около [значение опущено] тесла. Теория магнитогидродинамики (МГД) предсказывает, что движение проводящей жидкости (например, межпланетной среды) в магнитном поле индуцирует электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют магнитные поля, и в этом отношении ведет себя как МГД-динамо.
Расстояние междупланетного пространства
Внешний край гелиосферы — это граница между потоком солнечного ветра и межзвездной средой. Эта граница известна как гелиопауза и, как считается, представляет собой достаточно резкий переход на расстоянии от 110 до 160 астрономических единиц от Солнца. Таким образом, межпланетная среда заполняет приблизительно сферический объем, заключенный внутри гелиопаузы.
Взаимодействие с планетами
Как межпланетная среда взаимодействует с планетами, зависит от наличия у них магнитного поля или его отсутствия. Такие тела, как Луна, не имеют магнитного поля, и солнечный ветер может непосредственно воздействовать на их поверхность. На протяжении миллиардов лет лунный реголит накапливал частицы солнечного ветра, поэтому изучение образцов лунных пород может быть ценным для исследования солнечного ветра. Высокоэнергетические частицы солнечного ветра, сталкиваясь с лунной поверхностью, также вызывают слабое рентгеновское излучение. Планеты, обладающие собственным магнитным полем, такие как Земля и Юпитер, окружены магнитосферой, внутри которой их магнитное поле преобладает над солнечным. Это изменяет поток солнечного ветра, направляя его вокруг магнитосферы. Материал солнечного ветра может проникать в магнитосферу, вызывая полярные сияния и заполняя радиационные пояса Ван Аллена ионизированной материей.
Наблюдаемые явления межпланетного пространства
Межпланетная среда является причиной нескольких оптических явлений, наблюдаемых с Земли. Зодиакальный свет – это широкая полоса слабого света, которую иногда можно увидеть после захода и перед восходом солнца, протяженная вдоль эклиптики и наиболее яркая у горизонта. Это свечение вызвано рассеянием солнечного света на частицах пыли в межпланетной среде между Землей и Солнцем. Подобное явление, расположенное в антисолнечной точке, – гегенсхайн – видно в естественно темном, безлунном ночном небе. Значительно более слабое, чем зодиакальный свет, это явление вызвано обратным рассеянием солнечного света на частицах пыли за орбитой Земли.
История
Термин "межпланетный" впервые появился в печати в 1691 году, использованный ученым Робертом Бойлем: "Воздух отличается от эфира (или вакуума) в межпланетном пространстве" (Бойл, История воздуха). В 1898 году американский астроном Чарльз Август Янг писал: "Межпланетное пространство – это вакуум, гораздо более совершенный, чем все, что мы можем создать искусственным путем" (Чарльз Август Янг, Элементы астрономии, 1898). Представление о пространстве как о вакууме, заполненном "эфиром", или просто холодном, темном вакууме, сохранялось вплоть до 1950-х годов. Профессор астрономии Университета Тафтса Кеннет Р. Ланг, в своей работе 2000 года, отметил: "Полвека назад большинство людей представляли нашу планету как одинокую сферу, движущуюся в холодном, темном вакууме пространства вокруг Солнца". В 2002 году Акасофу заявил: "Представление о межпланетном пространстве как о вакууме, в который Солнце периодически испускает корпускулярные потоки, было радикально изменено Людвигом Биерманом (1951, 1953), который, основываясь на наблюдениях кометных хвостов, предположил, что Солнце непрерывно выбрасывает свою атмосферу во всех направлениях со сверхзвуковой скоростью" (Сюнь Ичи Акасофу, Исследование секретов полярного сияния, 2002).