პოლარული ქარი

ცოდნა სინათლეა - Knowledge is light - Знание свет -                                    პოლარული ქარი

დედამიწის პლაზმური შადრევანი, რომელიც ასახავს ჟანგბადის, ჰელიუმის და წყალბადის იონებს, რომლებიც კოსმოსში დედამიწის პოლუსებთან ახლოს მდებარე რეგიონებიდან იღვრება. ჩრდილოეთ პოლუსის ზემოთ ნაჩვენები მკრთალი ყვითელი არე წარმოადგენს დედამიწიდან კოსმოსში დაკარგული გაზს; მწვანე არე კი პოლარული ციალია — ანუ პლაზმური ენერგია, რომელიც ატმოსფეროში ბრუნდება. 

პოლარული ქარი ან პლაზმური შადრევანი დედამიწის მაგნიტოსფეროს პოლარული რეგიონებიდან პლაზმის მუდმივი გამოდინებაა .  :29  კონცეპტუალურად მზის ქარის მსგავსი , ის იონიზებული ნაწილაკების გამოდინების რამდენიმე მექანიზმიდან ერთ-ერთია . პოლარიზაციის ელექტრული ველით, რომელიც ცნობილია როგორც ამბიპოლარული ელექტრული ველი, აჩქარებული იონები პოლარიზაციის ელექტრული ველით, ითვლება პოლარული ქარის ძირითად მიზეზად. მსგავსი პროცესები სხვა პლანეტებზეც მიმდინარეობს. 

ისტორია

1966 წელს ბაუერმა  და, ცალკე, დესლერმა და მიშელმა  აღნიშნეს, რომ რადგან დედამიწის გეომაგნიტური ველი პოლუსების ზემოთ მზიდან მთვარის ორბიტის მიღმა გრძელ კუდს ქმნის, იონები იონოსფეროში არსებული მაღალი წნევის რეგიონიდან კოსმოსში უნდა მიედინებოდეს.  ტერმინი „პოლარული ქარი“ შეიქმნა  ^{:  1937 და 1968 წლებში ბენკსისა და ჰოლცერის} და იან აქსფორდის ორ სტატიაში .  რადგან პროცესი, რომლითაც იონოსფერული პლაზმა დედამიწიდან მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ მიედინება, მსგავსია მზის პლაზმის ნაკადისა მზის გვირგვინიდან (მზის ქარი ) შორს, აქსფორდმა შემოგვთავაზა ტერმინი „პოლარული ქარი“.

პოლარული ქარის ყველაზე ადრეული ექსპერიმენტული დახასიათება 1966 წლის Explorer 33-ისა და განსაკუთრებით 1974 წლის ISIS-2 თანამგზავრული პროექტებიდან მომდინარეობს.  1981 წლის Dynamics Explorer- ის დამატებითმა მონაცემებმა გარკვეული გაურკვევლობა გამოიწვია თეორიულ მოდელებში ცივი O ⁺ იონების როლის შესახებ. ეს საკითხი გაირკვა 1989 წლის Akebono თანამგზავრიდან  ^{: 1955} და 1996 წლის Polar თანამგზავრიდან  ^{: 1966} მიღებული უფრო ყოვლისმომცველი მონაცემებით .

პოლარული ქარის იდეა წარმოიშვა ხმელეთის ჰელიუმის ბიუჯეტის პარადოქსის ამოხსნის სურვილიდან . ეს პარადოქსი მდგომარეობს იმაში, რომ დედამიწის ატმოსფეროში ჰელიუმი, როგორც ჩანს, უფრო სწრაფად წარმოიქმნება ( ურანისა და თორიუმის რადიოაქტიური დაშლის გზით ), ვიდრე ის იკარგება ზედა ატმოსფეროდან გამოსვლისას. პარადოქსის ერთ-ერთი შესაძლო გადაწყვეტაა იმის გაცნობიერება, რომ ჰელიუმის გარკვეული რაოდენობა შეიძლება იონიზებული იყოს და შესაბამისად, დედამიწიდან გამოვიდეს მაგნიტური ველის ღია ხაზების გასწვრივ მაგნიტური პოლუსების მახლობლად („პოლარული ქარი“).

მიზეზები

ამბიპოლარული ელექტრული ველის ორი ძირითადი ეფექტის კონცეპტუალური დიაგრამა: იონოსფეროს გაბერვა და პოლარული ქარის წარმოქმნა. დედამიწის გარშემო მბზინავი ლურჯი ნისლი წარმოადგენს იონოსფეროში არსებულ პლაზმას. მბზინავი ხაზები წარმოადგენს პოლარულ ქარს, რომელიც ზემოთ და გარეთ მიედინება. 

30-წლიანი კვლევის შემდეგ, პოლარული ქარის „კლასიკური“ მიზეზი თერმული პლაზმის ამბიპოლარული გადინება აღმოჩნდა: იონების აჩქარება იონოსფეროში პოლარიზაციის ელექტრული ველით .  ^{: 451} პოლარიზაციის ან ამბიპოლარული ელექტრული ველი თავდაპირველად 1920-იან წლებში იქნა შემოთავაზებული იონიზებული ვარსკვლავური ატმოსფეროებისთვის .  ^{: 1927} გრავიტაციული მუხტის გამოყოფა ქმნის ველს, რომელიც შეადგენს$${\displaystyle \mathrm{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">E</span></span>}<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">=</span></span><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">-</span></span>\mathrm{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">\mu </span></span>}<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">\cdot </span></span>\stackrel{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">\to </span></span>}{\mathrm{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">გ</span></span>}}<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">/</span></span>\mathrm{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">ე</span></span>}}$$სად${\displaystyle \stackrel{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">\to </span></span>}{\mathrm{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">გ</span></span>}}}$ არის გრავიტაციული ველი და${\displaystyle \mathrm{<span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;"><span\; dir="auto"\; style="vertical-align:\; inherit;">\mu </span></span>}}$ არის საშუალო იონური მასა, ერთჯერადად დამუხტული იონებისა და ელექტრონის მასებს შორის სხვაობის ნახევარი. ეს მარტივი ფორმულა მხოლოდ ჰიდროსტატიკური წონასწორობის მქონე პლაზმაში გამოიყენება. რეალურ პლაზმაზე გამოსაყენებელი უფრო რთული მოდელები უფრო დიდ ველის სიძლიერეს აჩვენებენ. ნებისმიერ შემთხვევაში, ველი ძალიან მცირეა, მაგრამ სხვა ძალებისგან განსხვავებით, ის გრავიტაციისგან საპირისპირო მიმართულებითაა მიმართული.  ^{: 1927} დაბალი სიმკვრივის პლაზმაში მაღალ სიმაღლეზე ის მსუბუქი იონებისთვის გრავიტაციას აჭარბებს.

პოლარული ქარის რეგიონში იონოსფერული პლაზმა ფართოვდება და დაბალი სიმკვრივე საშუალებას აძლევს გრავიტაციას, იონები პლაზმაში არსებულ ელექტრონებთან შედარებით ქვემოთ მიიზიდოს. მუხტის გამოყოფა იწვევს ელექტრული ველის წარმოქმნას, რომელიც შემდეგ იონების ნაწილს ატმოსფეროდან მაღლა და გარეთ აგზავნის.  ^{: 147} ეს მექანიზმი ცნობილია, როგორც „ამბიპოლარული გადინება“  და ველი, როგორც „ამბიპოლარული ელექტრული ველი“ ან „პოლარიზაციის ელექტრული ველი“. დამატებითი მექანიზმები მოიცავს იონების აჩქარებას მზის ფოტოელექტრონების მიერ, რომლებიც მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ გადიან . 

ამბიპოლარული ელექტრული ველის გამო იონების გადინება საბოლოოდ პლაზმასფეროში გროვდება, თუ ისინი მიჰყვებიან დახურულ მაგნიტურ ველის ხაზებს, მაგრამ ღია მაგნიტური ველის ხაზების მიმდევარი იონები ტოვებენ დედამიწის სისტემას.  ^{: 167} ღია მაგნიტური ველის ხაზების მიმდევარი იონები მზის ქარის ძალებით (ანტიმზის კონვექცია) მზისგან შორდებიან.  ^{: 149}

გაზომვები

პოლარული ქარის მრავალი კვლევა დაიწყო, მათ შორის ISIS-2 , Dynamics Explorer , Akebono თანამგზავრი და Polar თანამგზავრი , რომლებიც მოიცავს სხვადასხვა სიმაღლეებს, განედებსა და მზის ციკლთან შედარებით დროს . ზოგიერთი დასკვნა მოიცავს: 

• პოლარული ქარის ძირითადი ინგრედიენტებია ელექტრონები, წყალბადის (H ⁺ ), ჰელიუმის (He ⁺ ) და ჟანგბადის (O ⁺ ) იონები,
• O ⁺ იონები დომინირებენ 4000 კმ-ზე ნაკლებ სიმაღლეზე,
• სამივე იონური სახეობა 7000 კმ-ზე მეტ ზებგერით სიჩქარეს აღწევს და 50 000 კმ-ზე მეტ მანძილზე სიჩქარეები მახის რიცხვ 2 -ზე მეტს აღწევს .  ^:  1976
• პოლარული ქარის სიჩქარე იზრდება სიმაღლესთან ერთად და უფრო მაღალია დედამიწის დღის მხარეს,

პოლარიზაცია ანუ ამბიპოლარული ელექტრული ველი პირდაპირ გაიზომა 2022 წელს შპიცბერგენიდან გაშვებული რაკეტის მეშვეობით. NASA-ს ამ მისიას „გამძლეობა “ ერქვა.  250 კმ სიმაღლეზე ელექტრული პოტენციალის 768 კმ სიმაღლეზე არსებულთან შედარებისას მივიღეთ +0.55 ვოლტის სხვაობა 0.09 ვოლტის გაურკვევლობით .

იხ.ვიდეო - Polar Wind