Взаимодействие плазмы солнечного ветра с Луной

1. Введение 3
2. Восстановление магнитного поля Луны 6
2.1. Восстановление поля на высоте 30км [Purucker 2010] [11] 6
2.1.1. Метод параметризации поля последовательными диполями 7
2.1.2 Метод разложения поля по зональным гармоникам 7
2.2. Восстановление поля в работе [Tsunakawa 2015] [12] 8
3. Взаимодействие магнитных аномалий с солнечным ветром 9
3.1. Отражение ионов от магнитных аномалий 10
4. Зависимость коэффициента отражения от величины магнитного поля 12
4.1. Использованные данные гармонического разложения магнитного поля и коэффициента отражения протонов солнечного ветра 12
4.2. Изучение корреляции коэффициента отражения и величины магнитного поля 14
4.2.1. Корреляция всей рассматриваемой области 15
4.2.2. Корреляция для изолированной аномалии 16
4.3. Выделяемые области в распределении коэффициента отражения от величины магнитного поля 17
4.3.1. Изолированная область нормального отражения 18
4.3.2 Изолированная область аномального отражения 20
4.3.3. Расширенная область аномального отражения 21
4.4. Изучение общего вида зависимости коэффициента отражения от величины магнитного поля 22
4.4.1 Функциональный вид распределения коэффициента отражения от величины магнитного поля 23
5. Заключение 24
Список литературы 25
Купить

Взаимодействие солнечного ветра с Луной существенно отличается от поведения плазмы в окрестностях Земли. Изучение характера этого взаимодействия является одной из важнейших задач современной физики космической плазмы, имеющей теоретическое и (в перспективе) практическое значение. Луна является единственным естественным спутником Земли, а также ближайшим и наиболее хорошо исследованным космическим объектом, она с давних времен являлась объектом для наблюдений.
Всесторонний обзор строения Луны дается в [Wieczorek et al., 2006] [1]. На рис. 1 показаны расчетные радиусы твердых и жидких ядер, основанные в основном на поверхностных приборах Apollo [например, Hood, 1986][2] и моделях ранней эволюции мантии [Smith et al., 1970; Wood et al., 1970][3,4], вместе с результатами более поздних спутниковых картографических миссий [например, Lawrence et al., 1998][5].
Рисунок 1. Строение Луны [Wieczoreketal. ,2006][1]
Большой научной задачей в годы раннего изучения Луны являлся вопрос о наличии или отсутствии собственного магнитного поля. Так, первые наблюдения, сделанные спутником Луна-2 (1959г.), дали оценку верхней границы дипольного магнитного момента Луны в ~10-4 магнитного момента Земли. Пролет спутника Explorer-35 (1967г.) на расстоянии в ~800 км дал оценку интенсивности дипольной компоненты магнитного поля (при ее наличии) всего в несколько нТ на поверхности Луны, а также было подтверждено отсутствие ударной волны.
Тела, которые не обладают существенной атмосферой и сильными магнитными полями (такие как Луна и астероиды), считаются пассивными поглотителями набегающего потока плазмы [Cravens, 2004][6]. Ионы и электроны солнечного ветра непосредственно воздействуют на поверхность этих тел, а вмороженное магнитное поле плазмы проходит через препятствие относительно спокойно, если проводимость мала. За объектом создается область с пониженной концентрацией плазмы (рис. 2), называемая плазменной тенью (или кильватером). Этот след постепенно заполняется плазмой солнечного ветра вниз по течению, посредством теплового расширения. [Farrell et al., 1998] [7]
Рисунок 2 Взаимодействие солнечного ветра с ненамагниченной непроводящей и поглощающей Луной. Визуализация плотности солнечной плазмы [Holmstrom, 2012] [8].
Измерение магнитного поля Луны во время миссий Apollo подтвердило отсутствие глобального дипольного магнитного поля, а также позволило сделать первые предположения о том, что Луна имеет области с сильными магнитными полями с размерами до 100 км и напряжённостью поля более 300 нТ на поверхности и порядка 2 нТ на высоте 100 км [Dyal, 1974] [9]. Род же этих аномалий не связан с глобальным магнитным полем, а является результатом остаточной намагниченности лунной коры. Исследования образцов лунного грунта дали основание предполагать, что 3,6-3,8 млрд. лет назад они подвергались воздействию магнитного поля сравнимого по интенсивности с земным.
Существует две основные модели возникновения остаточной намагниченности на участках поверхности Луны. Первая модель предполагает существование раннего глобального магнитного поля, которое осталось «вморожено» в лунные породы по мере их охлаждения ниже точки Кюри в процессе остывания. Вторая модель связывает образование областей локальной намагниченности с импульсными магнитными полями, генерируемыми во время падения крупных метеоритов в присутствии окружающего магнитного поля. Данная гипотеза подтверждается тем, что крупнейшие области намагниченности лунной коры расположены противоположно (по сфере) областям гигантских ударных бассейнов.
Несмотря на существенные успехи в первые десятилетия исследований, построение точной глобальной карты намагниченности поверхности стало возможным только в 90-е годы ХХ века в результате регулярных измерений спутниками Lunar Prospector и Lunar Orbiter. Построение подобных карт является необходимым элементом для изучения ранней геологической истории Луны, а также для детального описания взаимодействия с солнечным ветром.
Lunar Prospector, завершивший в конце XX века систематическое измерение величины магнитного поля в окрестности Луны, обнаружил поверхностные магнитные поля с интенсивностью до 300 нТ и с масштабами от 7 до 1000 км. Их расположение было приблизительно противоположно (по сфере) некоторым крупным лунным морям [Hood et al., 2001] [10]: Морю Дождей, Морю Ясности, Морю Кризисов (рис. 3) и Морю Восточному).
Рисунок 3. Карта интенсивности магнитного поля лунной коры в области магнитной аномалии антиподальной Морю Кризисов [Hood et al, 2001] [10].
Целью данной работы является изучение особенностей взаимодействия плазмы солнечного ветра с поверхностными магнитными аномалиями Луны. Для этого мы будем использовать два набора данных, полученных разными современными методами отображения магнитных аномалий. Первый из них является восстановлением магнитного поля по сферическим гармоникам, полученным в работе [Tsunakawa, 2015] [12]. Второй набор данных берется из работы [Lue, 2011] [11] и является отображением магнитных аномалий посредством измерения потока отраженных протонов с поверхности. В ходе работы мы попробуем найти статистическую связь этих данных и выявить вид этой зависимости.
Купить