О.Л.Вайсберг. "Марс-3"

Канднда, фнзнко-маrемаrнческнх наук
О. Л. ВАliiСБЕРГ
«Маре-3»
иесле~ует плааму
Межпланетные
станции,
кой-либо
кие
автоматические
искусственные
спутники
планеты открывают
перспективы
в
ка­
широ­
исследованиях
солнечной плазмы. Если удастся про­
никнуть
стиц
в
механизм
ускорения
солнечного
9етра
-
понять,
солнечной
как
скую
на ареоцентриче­
орбиту
в
противостояния
rод
великоrо
искусственные
спутники Марса передали инте­
ресные С,ведения о BepxHeJi ат­
мосфере этой планеты.
происходит
внешних областей
планеты.
поля,
выходящие
стей
дипольного
очень
длинный
Сама
магнитного
Силовые линии
поля
магнитного
из полярных обла­
поля,
образуют
магнитный
магнитосфера
шлейф.
представляет
чрезвычайно сложное образование с
потоков
бу­
областями накопления горячей плаз­
разогрев
мы (воронки) и очень энергичных ча­
разреженной плазмы, то можно
дет
ча­
Выведенные
стиц (радиационный пояс).
короны до очень высоких
температур. Это весьма важная про­
стемы
и ко­
Магнитосфера Земли сравнительно
блема физики Солнца.
меты? Если препятствие не обладает
хорошо изучена. Структура ее шлей­
достаточно
фа однородна,
Вариации солнечного
ветра
вызы­
-
планеты,
их
высокой
спутники
электропровод­
ностью, если у него нет собственно­
расстояний
пространстве магнитные бури, поляр­
го
Правда,
ные сияния и ионосферные возмуще­
нечного
ния.
ность тела.
вают
в
околоземном
Межпланетная
ственная
можно
космическом
среда
изучать
разреженной
в
и
среды
служат
сильно
проверить
построения
плазмен­
ных явлений. Исследования
нетной
есте­
которой
поведение
плазмы
теоретические
это
-
лаборатория,
межпла­
прекрасным
дополнением к экспериментам.
Осо­
магнитного
поля,
9етра
то
частицы
ударяются
о
планета
который
тела).
по­
(поперечное
ча­
в
силовых
южную
формируется
возмущения
возможно
образование
1000 Rз и 500 R з .
ходит и вблизи Луны.
следователи
столкновительными
они
потому, что длина
С90бодного про­
называются
Существует второй вариант обтека­
ния
препятствия
солнечным
бега частиц между взаимными столк­
когда
новениями много больше
собственное магнитное
системы,
в
которой
размеров
происходит
этот
у
гающий
этого
ветром,
препятствия
поток
имеется
поле.
плазмы
Набе­
поджимает
внешнее, слабое магнитное поле. Ча­
процесс.
В эксперименте на
межпланетной
стицы набегающего потока
и
сильные
магнитного
поля на расстояниях от Земли около
новительные
Бес­
«Пионер-7» И «Пио­
плазмы
ударной волны. Такой процесс проис­
волны.
приходящих
шапку.
зарегистрировали
бенно тщательно изучаются бесстолк­
ударные
ли
Приборы на американских межпла­
нетных станциях
нер-8»
ное поле и
линий,
полярную
стицами из соседних участков. Здесь
магнит­
все
ной полярной шапки, служат продол­
жением
след,
заполняется
возмущенное
магнитного
силовые линии, 9ыходящие из север­
Возникает
постепенно
Земли .(Rз).
длина
нейтра­
сечение полости приблизительно рав­
но размеру
неясна
шлейфа Земли, не известно,
образует
лость в потоке плазмы
крайней мере, до
поверх­
При ударе ионы
лизуются и
сол­
по
80 радиусов
мущения
волокон,
связаны
на
с
что
хвост,
возмущенной
мой солнечным
эти
ис­
воз­
пересечением
которые
геомагнитный
нием
Американские
полагают,
расщепляется
и с
образова­
плазмы,
сноси­
ветром из
области
обтекания магнитосферы Земли.
отклоня­
Третий
9ариант
Ю>'СЯ от своей первоначальной траек­
солнечного
ветра
ученых больше всего интересовал во­
тории, и поток
это образование плазменного к<!)мет­
прос:
препятствие.
автоматической
станции
«Марс-З"
как обтекает солнечный ветер
планету Марс?
магнитного
ПЛАЗМА ВСТРЕЧАЕТ ПРЕПЯТСТВИЕ
Что происходит, когда сверхзвуко­
9
зоне
и
обтекания
ного
хвоста,
вытянутого
Хвост состоит из
от
ионов,
Солнца.
возникших
изменяются, что приводит к образо­
при
ты. Комета очень интенсивно выделя­
ионизации
препятствия. Волна приобретает фор­
ет газ,
му
мому, мало,
гиперболоида.
вой поток плазмы встречает на своем
идет возле
сильно
28
поля
огибать
плазмы
взаимодействия
.препятствием­
ванию ударной волны, отошедшей от
пути различные тела
Солнечной си-
«вынужден»
Параметры
с
Такой
процесс
Земли. Солнечный ветер
изменяет
конфигурацию
на
а
поток
ее
газов
из
магнитное
чтобы
солнечной
зультате солнечный
ядер
поле,
как-то
по-види­
повлиять
плазмы. В
ветер
коме­
ре­
«натыка-
Магниmоссрера
"-
~
"-
.,"Е:
""
,
500000",.,
I
•
и магfium I10В плазма
поле
:о
:::
•
"
..
"":::
с>
"-'
.
Ионосгрерная
."
~~
]
."~ ~
•
•
•
•
.,,.:::
го
t-
000 КМ
При
встрече
геОJ.tагnитосфе
с:;лnечnого вет а
вОЗJtущеnnо"и рои
возnиГiает рзоnас
плазмы
;§
"-' ~
обтекает
Л уnу
,
образуется гi плазмы
возмущеnnо:
плазмы (
область ГiOP
nускуляри
пая теnь nолутеnь) и
Ногда nото'
TaГi
с олnечnый
ветер
взаиJ.tоде"
ист-
вует с "ОJtетой
~
Е:
~ --+
На
с
прибор
д ля изучеnия
«(Марс-3»
сnим"е
."
таnции
устаповили
слева _ б/права - блок частиц. На
усиливал о" элеГiтроnики датчиков,
:о
:::
.,"
~ --+
бором
с>
<.о
•
~pи
/000000 "м
сиг палы и
,который
управлял
пр и -
встрече
арСОА!
сферnой
об
солnечnог
разуется
область
о ветра
с
nлаЗJ.tы и
иО/IQ Аеагnитnого
поля
29 .
ется» на
газовое
блюдения
препятствие.
показывают,
что
На­
при
этом
активно ионизуется газовое вещество
кометы. Аналогичные
явления
полу­
зом, которые доминируют при обте­
кании
Итак,
Таким образом, исследуя
кания
конкретный
планеты
чались и в лаборатории, когда поток
значительного
плазмы
деляется
сталкивался
с
газом. В присутствии
нейтральным
магнитного по­
нием
верхней
солнечного
щей
скорость
ионов
с
ионизации
под
влиянием
появляются
го ветра. Поток
ядра
роваться
шаяся
процесса, а так­
в
ультра­
голове ко­
ионы,
потоком
ко­
солнечно­
замедляется, и впе­
кометы
ударная
плазма
частицами.
тяжелые
торые увлекаются
реди
газокипотока
солнечного
фИОllетового излучения
меты
при
нейтральными
результате этого
же
превышаю­
столкновениях
нетических
В
намного
должна
волна.
сносится
сформи­
Образовав­
вниз
потоком.
Так у кометы возникает шлейф.
Наконец,
имеется еще
взаимодействия
ветра
тип
ветра
с
ным
полем,
но
имеющую
атмосферу (и,
Сферу).
В
создается
ТОI<,
рого может
нитосферу.
следовательно, ионо­
магнитное
,отошедшей
ны. Картина
газовое
ионосфере
давление
поля
токов
которой
геомагнитного
солнечным
диполя.
ветром
нечного
ветра
в
внешние
слои
ключается
планеты
усложнение
и
ее ядра.
нитного
высокой
нарность
кото­
будет
в
образуется
на
поток сол­
точке,
планете,
чем
верхней
го
этом
случае
солнечного
ветра
30
с
проявля­
взаимодействия
нейтральным
га-
-
экранирующего
стимулирует
обмен
ориента­
поля
ста­
исчезает
с
другой
и
на­
магнитного
значительный
между солнечным
солнечного
уже
ветра,
не
нейтральных
верхнюю
полем.
атмосферу
поля
газовый
ветром
и
Ионы
нейтрализовав-
задерживаются
частиц
ученые
только
о
атмо­
получают
структуре зоны
и процессах в
ней проис­
ходящих, но также и о верхней атмо­
сфере планеты.
ПЛАЗМЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
НА ОРБИТЕ МАРСА
Эксперимент,
Этот
«Марс-2»
и
измерении
го
спектра
поставленный
межпланетных
на
ав­
станциях
«Марс-З», заключался
вариаций
ионной
в
энергетическо­
компоненты плаз­
мы вдоль трассы станции и на орби­
те
искусственного
Измерение спектра
ненты
для
служит
изучения
спутника
Марса.
ионной
компо­
удобным
средством
некоторых
характери­
стик потока плазмы. Так как ионы во
много
раз
тяжелее
электронов,
при температуре плазмы,
мой
в
межпланетной
10 6О К), энергия
жения
дит
ионов
среде
направленного
значительно
энергию
их
теплового
Т0
наблюдае­
(104_
двv,­
превосхо­
движения.
Поэтому энергетический спектр ионов
солнечного
ветра
имеет
четко
выра­
женный основной максимум, положе­
ние
которого
на
энергетической шка­
соответствует
плазмы.
Ширина
позволяет
скорости
этого
судить
о
потока
максимума
температуре
ионов.
В межпланетной среде
рактер
спектра
ионов
общий ха­
сохраняется,
то есть наблюдаются два максимума
элек­
с фиксированным положением и пре­
поток
обла,данием протонной концентрацюt
вторгается
и,
томат'ическ,их
ле
поля.
верхней атмосферой планеты.
тромагнитным
в
солнечным
В любом случае отсутствие сильно­
магнитного
Граница,
маг­
стацио­
наблюдающейся
правленностью магнитного
ложить,
эффекты
его
магнитного
новая
воз­
а также
нарушать
рая псевдомагнитосфера
шись,
что
характер
ветра,
ориентация
картины,
внешнего
полем
проводимостью
могут
атмосферы планеты. Логично предпо­
ются те же
процесса сла­
Переменный
поля
диф­
области. Не ис­
ции
нейтральной
между
планеты вероятно образование
фузнои переходной
поле
псевдомаг­
вол­
ионосферой
планеты
лобовой
должна быть ближе к
Но
и
изменения
давление
ионосферы.
фор­
обтекание
ветром. После
останавливается
четкой
ударной
напоминает
при обтекании
Солнечному ветру
препятствов,;пь
менее
ионосфере
обраzовать
и
не
магнит­
развитую
проводящей
ожи­
и препятствием, а также
мирования
не
обтекания
границей между потоком солнечного
ветра
изменяющаяся
планету,
и
планет,
взаимо­
ветра с
магнитным
вправе
или
нечный
собственным
сведения
псевдомагнито­
действия солнечного
ветер обтекает
его
возникновения
сферы с более
опре­
сочета-
ионосферы
с
полем. Исследователи
дать
сферами
параметров
атмосферы,
препятствием. Это случай, когда сол­
обладающую
поля
сложным
бым собственным магнитным
один
солнечного
магнитного
действие солнечного
без
атмосферой
изменяющихся
со
обте­
механизм
с
весьма
ля ионизация нейтрального газа идет
скоростью,
влияет на газовый состав атмосферы.
комет.
в
возможно,
над
концентрацией
а-частиц
(приб­
лизительно в 20 раз). Однако меняет-
:i
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
позволили
I
~!
наметить
контуры
11
потоков
I
i!-----'--'!t----4
I i :
с
энергией
3tteргuя
ницы
напоминают
столкновительной
очертания
ударной
торую можно ожидать
ся скоро:ть потока ПЛаЗМЫ (от 260 до
относительное
850 км /сек), температура протонов и
мумов . Поток
а -частиц,
симуме
рация
Эти
и
их
относительная
некоторые
величины
иные
концент ­
параметры.
зависят
от
условий
разгона плазмы в солнечной
взаимодействия с
ками
ва
и
В
го
плазмы,
короне,
другими
от степени
ее
пото­
разогре­
почти всего
полугодово­
перелета автоматической
нетной
станции
ровались
ветра
с
«Марс-З»
спектры
одним
частиц во
иногда
отношению
к
гетические
мому,
ионов
межпла­
регистри­
солнечного
основным
и
одним
солнечному
спектры
возмущенной плазмы
относительном
не
максимумов
спектре. Так,
да
в
и
величи­
энергетичеСКОJА
второй максимум
соответствовал
энергии, ч е м
состояли в
положении
втрое
первый.
ИН 'JГ­
большей
Наблюдалось
,;,о ,1! шлейфе ( б, в). Перв ичnый JoИ"'­
в
спе",тре
( а)
обусловлеn
протопп ой
дОJotunиРУlОщей
",О ,1tnо­
зона
ного
и
разогретого
результатов
тать ,
нице
в
след
Земли
межпланетной
среде
Наблюдения на
межпланетной
в
ав­
« Марс-З» выя­
существование
структуры
внутренней
плазменном следе
ли , а также характерные
Зем­
колебания
этой структуры.
чение многих месяцев вели
наблю­
на ареоцентрических орбитах.
спутника
поэтому
плазму
различных
и
« Мар с - З»
удалось
линии
сильно
исследо­
магнитны е
угловых
но си тельно
п о ля
положе н иях
Мар с -
на
от­
Солнце,
которую приближенно
мо жн о
нять
н аб ег ающего
за
иоНОВ
за ,
вывод
другими
зоны
и
и
анализ·
сопостав­
материалами
магнитного
ударной
вы­
поля
на гра­
тем
самым
подкрепили
концепцию
требует
волны.
анализе
При,
необходимо
учесть следующие факты. Во-первых,
г.оложение
фро н та
значительно
Во-вторых,
ударной
изменяется
во
расстояние
Марса больше ,
чем
волны.
вр е мени .
фронта
дали
от ·
расчеты ,
предполагавш и е , что преградой ПОТО- .
Станции «Марс-2» и «Марс-З» в те­
дения
с
дальнейшем
весьма далеко.
энергий
Детальный
наблюдений
их
плазменный
потока
Предварительный
подтвержден.и,я.
скачок
что
заклю _·
малых
фронтом этой волны.
явили
простирается
вблизи Мар­
можно
ионов
бес ­
волны, ко -·
у Марса и есть область заторможен­
ление
ват ь
CU,ltYJot
чить, что
Земли солнечным вет­
вытянута,
Эн ергетичес",ие
спеnтры
иоnов
в
солnечnо},t ветре ( а) и в п лаЗJotен­
Предварительно
ром. Стало быть, есть основания счи­
Орбита
•
са.
по-види­
при обтекании
вили
ды спектров . Их отличия
по
образованием
да,
иные ви­
ча­
ветру энер­
ионов,
обусловлены
второстепенным максимумами . Прав­
наблюдались
поток
аномальные
томатической станции
однажды
макси­
втором мак­
превышал
стиц в первом. Эти
магнитосферы
охлаждения.
течение
перемещение
более
рости на границе зоны . Контуры гра­
Е
[,
ионов
эв. Это соответствует скачку CKq-
500
2Ео.
Ео
от
это~
зоны. Отмечалось также уменьшение
направление
при­
ку
солнечного
сф е ра Марса .
учитывали
давлени е
го
ветра
служит
К тому
тол ь ко
Стало
представл е ния
ре
препятствия
без
возможно­
полей
быть
о
ионо­
расчеты ·
газокинетическое ·
ионосферы
вклада ' ма г нитных
сфере.
же ,
х ар а кт ер е
не
в
вполне
и
разме­
соответ­
ствуют истине. Поэтому при
пол у ченных данных и
ионо­
сложившиеся .
в
анализе ·
Д а льнейшем
потока . Уж е н а первых витках вблизи
будет выяснять ся природа
Марса была обнар у жена зо н а ионов
вия,
с энергией менее 150 эв. Ио н ы такой
n.лаnетl-tоЙ ср ~дe на . спектре т акже
тральной
э нергии
Rыделяютсл
два l>tа",сtl.ltУ},и,
",ото­
рые u в ЭТОJot случае обусловле liЫ
Следующая стадия
н е тной среде и их появле н ие вблизи
действия солн еч ного
Ма р са объясняется влияние м
сферы Марса требует созд а ния спе­
n еnтой пото",а, второй Ata",cU.'ty}'t (не
все г да чет",о раЗЛUЧU,ltый в "'рыле
основ ,·(. о го ) - a-частиuаАtu. В l>tеж ­
Rе.~uчuнами
ц ии
u
протоппой
"'Оlщеnтрации
",оnцеn тра­
а- час т и ц
планеты.
не
наблюдаются
Дальнейшие
в
м ежпла­
самой
наблюден и я
роль
ио н о с ферных
верхн е й
ПР8ПЯТСТ­
токов
атмосф ер ы
и
ней­
М а рса ..
и з уче н ия взаи м о­
ветр а и
а тмо ­
циальной аппа р атуры.
31