Серёжа Шмидт
сентябрь 2018.
2365

Каким образом магнитное поле планет удерживает газ, находящийся в атмосфере?

Ответить
Ответить
Комментировать
6
Подписаться
2
1 ответ
Поделиться
АВТОР ВОПРОСА ОДОБРИЛ ЭТОТ ОТВЕТ

Магнитное поле не может удержать газ. На заряженную частицу, в магнитном поле действует сила Лоренца, перпендикулярно направлению движения и направлению поля. При выполнении определенных условий, это приводит к винтовой траектории заряженной частицы в магнитном поле (т.н. захвату заряженной частицы магнитным полем).

Атмосфера удерживается гравитацией. Шансы выскользнуть из  гравитационных объятий Земли имеют только те нейтральные молекулы в составе атмосферы, скорость которых выше второй космической скорости (v₂). 

Последний слой атмосферы Земли — ионосфера, расположена на высотах от ~80 км до ~1000 км и существует только благодаря взаимодействию Солнечной радиации с атмосферой. Ионосфера состоит из электронов, ионизированных атомов и молекул, разогретых до высоких температур (T ~ 1500 K) солнечной радиацией — преимущественно ультрафиолетом и рентгеновским излучением. 

Средние скорости для ионизированных атомов водорода (H), гелия (He) и молекул кислорода (O₂) в ионосфере при таких температурах равны 5,6 км/с (H);  2,5 км/с (He) и 1,4 км/с (O₂) при второй космической скорости на таких высотах v₂≈10,4 км/с. Это соответствует отклонению средних скоростей от второй космической скорости в 1,9σ,  4,3σ и 16,6σ и соответствующим вероятностям превышения второй космической скорости P(v > v₂):  0,045 (H);  6×10⁻⁵(He);  ~0 (O₂), для ионизированных атомов водорода, гелия и молекул кислорода соответсвенно.

Вероятность рекомбинации ионизированных атомов, захватом электронов в составе ионосферы, велика и, становясь нейтральными, согласно оценкам вероятностей (P) выше, приблизительно 5 из каждых 100 атомов водорода, 6 из каждых 100 тыс атомов гелия и ~0 молекул кислорода превысят вторую космическую скорость и выскочат из гравитационных объятий Земли.

Если рекомбинация иона не произойдёт, ион захватывается магнитосферой на удалениях более 1000 км (пояс Ван Аллена) и начинает осциллировать по силовым линиям геомагнитного поля в направлении на Северной/Южный полюс и обратно. Во время осцилляций растёт вероятность как рекомбинации, так и высыпания частиц на полюсах (Северные сияния). На рис. ниже приведены примеры траекторий заряженных частиц, захваченных геомагнитным полем в поясе Ван Аллена.

Процессы вытекания лёгких фракций (H, He) из атмосферы усиливаются при увеличении потока солнечного ветра из-за вспышек на Солнце и соответствующего роста температуры ионосферы. Тот же процесс приносит с солнечным ветром ионы водорода и гелия от Солнца на Землю. Часть частиц солнечного ветра захватывается магнитосферой Земли и тем самым компенсируется утечка лёгких фракций из атмосферы, вызванных перегревом ионосферы. Точная величина баланса мне неизвестна. Надеюсь коллеги из ИЗМИРАН меня поправят.

18
0
Прокомментировать
Ответить
Читайте также на Яндекс.Кью
Читайте также на Яндекс.Кью