Роль солнечного ветра в формировании плазменных облаков над поверхностью Луны

Набатов А.С., Захаров А.И., Ефимов А.И. Роль солнечного ветра в формировании плазменных облаков над поверхностью Луны. In: 16-ая Всероссийская открытая научная конференция «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», 12–16 ноября 2018 г., ИКИ РАН, Москва

Полный текст не доступен из этого репозитория.

Аннотация

В ряде лунных радиозатменных экспериментов были обнаружены плазменные формирования над освещенной Солнцем поверхностью Луны на высотах до 100 км [1-3] с концентрацией до 1000 электронов/куб.см. В отличие от земной ионосферы ионизованные атомы и молекулы выметаются из лунной экзосферы солнечным ветром [4]. Альтернативой могли бы стать плазменные образования, содержащие ионизованные пылевые частицы с размерами порядка микрона или меньше. На дневной стороне Луны за счет УФ-излучения Солнца присутствует электронный фотослой толщиной порядка 1 метра. Предложена “фонтанная” модель подъема положительно заряженных пылевых частиц над поверхностью Луны [5-6] , но их концентрация недостаточна для объяснения результатов радиозатменных измерений [1-3]. Предполагается, что фонтанная модель должна быть эффективна в окрестности терминатора. Сделаем оценку толщины слоя пыли, необходимого для создания концентрации в 1000 электронов/куб.см до высот порядка 50 км. Считается, что частицы пыли размером 1-0.1 мкм имеют заряд в 10 электронов [7], тогда потребуется 100 пылевых частиц на куб. см и толщина слоя пыли на поверхности Луны составит около 2300÷230 см. Эта оценка делает сомнительным формирование пылевых плазменных облаков с указанными выше параметрами. Кроме того, неизвестен механизм массового подъема пылинок на высоты в десятки километров, который сам по себе представляет значительный интерес. В данном сообщении делается попытка анализа роли солнечного ветра (СВ) в формировании прилегающего к поверхности Луны плазменного слоя, содержащего пылевые частицы. Большинство положительно заряженных частиц пыли "парит" внутри электронного фотослоя за счет уравновешивающих друг друга электростатической и гравитационной сил [5-7]. Набегающий поток плазмы СВ имеет скорости от 200 до 800 км/сек. Магнитная индукция плазменных неоднородностей достигает 100 нТл. В системе координат Луны на заряженные частицы действует лоренцева сила. Для частиц с размерами 0,01 мкм, удельной плотностью материала пылинки 3 г/куб.см, зарядом 10 электронов, скоростью СВ порядка 400 км∕сек, магнитной индукцией 15 нТл сила Лоренца сравнима с гравитационной силой, то есть в редких случаях сильных магнитных полей сила Лоренца может обеспечить подъем заряженных пылинок. По современным представлениям магнитные неоднородности солнечного ветра имеют бессиловую структуру магнитного жгута [8]. Обширная статистика прохождения мелкомасштабных магнитных жгутов в окрестности Земли представлена в базе данных (fluxrope.info SMALL-SCALE MAGNETIC FLUX ROPE DATABASE), основанной на измерениях с космическими аппаратами WIND и ACE, которые перемещаются по околоземным орбитам. Наблюдавшиеся события имели длительность от десятков часов до 9 минут. Интенсивность магнитных полей изменялась от единиц нТл до 15-20 нТл. Вероятность столкновения Луны с такими неоднородностями достаточно высока. Например, с ноября 2007 г. по июнь 2009 года в рамках проекта SELENE было проведено более 300 сеансов радиопросвечивания окололунного пространства [3]. За это же время число зарегистрированных мелкомасштабных жгутов в наблюдениях с помощью КА WIND – ACE составило более 2000, в среднем более 3 событий за сутки. При попадании такого жгута на Луну токи Биркеланда поглощаются лунной поверхностью, и соответствующее им магнитное поле стремится восстановить эти токи, производя электрическое поле, которое может вытягивать ионизованные пылинки из фотослоя. Разность потенциалов в фотослое составляет около 20 вольт. Плотность токов в магнитных жгутах достигает единиц наноампер (нА) и более. При концентрации 10 протонов/куб.см и плотности тока 1 нА/кв.м относительная скорость зарядов составит около 620 м∕сек. Предполагается, что частицы СВ почти полностью поглощаются поверхностью Луны. Поэтому уже за 1 секунду накопленный заряд на 1 кв.м обеспечит на расстоянии 1 м от поверхности Луны разность потенциалов примерно 50 вольт (дебаевский радиус для плазмы СВ в окрестностях Луны равен нескольким метрам). Таким образом, при прохождении Луны через магнитный жгут СВ может создаваться электрическое поле, способное выталкивать заряженные частицы пыли из лунного фотослоя в атмосферу Луны. Представленные оценки являются предварительными и могут быть конкретизированы при дальнейшей работе по мере уточнения физических характеристик среды в окололунном пространстве.

Тип объекта:	Доклад на конференции или семинаре (Постер)
Подразделения (можно выбрать несколько, удерживая Ctrl):	117 лаб. распространения радиоволн в космосе 302 лаб. радиолокационных методов дистанционного зондирования
URI:	http://cplire.ru:8080/id/eprint/6614

Только для зарегистрированных пользователей

Изменить объект