Пикап ион

Иллюстрация функции распределения скорости ионов вскоре после ионизации. ^[1]

В физике Солнца гелиосферные ионы-захватчики создаются, когда нейтральные частицы внутри гелиосферы ионизируются либо солнечным ультрафиолетовым излучением, либо обменом зарядом с протонами солнечного ветра , либо ионизацией электронным ударом . Ионы-захватчики обычно характеризуются своим состоянием одного заряда, типичной скоростью, которая находится в диапазоне от 0 км/с до удвоенной скорости солнечного ветра (~800 км/с), составом, который отражает их нейтральную затравочную популяцию и их пространственное распределение в гелиосфере. Нейтральная затравочная популяция этих ионов может иметь либо межзвездное происхождение, либо лунное, кометное или внутреннее происхождение. ^[2] Сразу после ионизации однозарядные ионы подхватываются намагниченной плазмой солнечного ветра и развивают сильные анизотропные и тороидальные функции распределения скоростей, которые постепенно переходят в более изотропное состояние. ^[1] После своего создания ионы-захватчики движутся с солнечным ветром радиально наружу от Солнца.

Межзвездные ионы захвата возникают из нейтрального компонента Местной межзвездной среды (LISM), которая входит в гелиосферу со скоростью 25 км/с в результате ее относительного движения по отношению к Солнцу . Этот нейтральный ветер постепенно ионизируется и действует как затравочная популяция для межзвездных ионов захвата. Ионы захвата внутреннего источника производятся внутренним источником нейтральных частиц. Подробные механизмы производства этих ионов в настоящее время обсуждаются. ^[3]

История

Межзвездные ионы-захватчики

Иллюстрация фокусирующего конуса ионов и полумесяца вокруг Солнца.

Поскольку Солнце движется относительно локальной межзвездной среды со скоростью ~25 км/с, межзвездные атомы могут входить в гелиосферу, не отклоняясь межпланетным магнитным полем . Существование популяции нейтральных межзвездных частиц внутри гелиосферы было впервые предсказано в 1970 году. ^[4] Их путешествие от внешнего края нашей гелиосферы, так называемой гелиопаузы , до орбиты Земли занимает более 30 лет. За это время межзвездные атомы постепенно истощаются процессами ионизации, и их плотность на расстоянии 1 а.е. значительно ниже по сравнению с межзвездной средой . ^[5] Поскольку атомы имеют разную чувствительность к различным процессам ионизации, состав межзвездных атомов на расстоянии 1 а.е. сильно отличается от состава на краю нашей гелиосферы или локальной межзвездной среды . Атомы гелия имеют очень высокий первый ионизационный потенциал по сравнению с другими межзвездными видами и поэтому менее чувствительны к потерям ионизации из-за солнечной УФ- ионизации. Это также причина, по которой He ⁺ является наиболее распространенным межзвездным ионом захвата на расстоянии 1 а.е. (за ним следуют H ⁺ , O ⁺ , Ne ⁺ и N ⁺ ), а также был первым ионом захвата, обнаруженным с помощью инструмента SULEICA на космическом корабле AMPTE в 1984 году. ^[6] Последующие обнаружения H ⁺ , O ⁺ , Ne ⁺ и N ⁺ были сделаны несколько лет спустя с помощью инструмента SWICS на борту космического корабля Ulysses. ^[7]

Наблюдения за межзвездными ионами, захваченными вблизи Земли, позволяют исследовать газодинамику локальной межзвездной среды , которую в противном случае можно вывести только удаленно с помощью оптических наблюдений или путем прямого измерения межзвездного нейтрального газа. Относительная скорость локальной межзвездной среды по отношению к Солнцу, температура и плотность могут быть выведены из пространственной структуры наблюдаемых потоков захваченных ионов. В частности, фокусирующий конус захваченных ионов, который является усилением межзвездных ионов, захваченных ионов, который совмещен с вектором скорости межзвездных нейтральных атомов (He ⁺ и Ne ⁺ ), формируется из-за гравитационного притяжения Солнца и может быть использован для выведения направления притока локальной межзвездной среды . ^[8] Напротив фокусирующего конуса, на так называемой наветренной стороне Солнца, для атомов с низкими первыми ионизационными потенциалами (H ⁺ , O ⁺ , N ⁺ ) создается усиленный поток ионов в форме полумесяца.

Смотрите также

Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (измерение ионов, захваченных Плутоном в 2015 году, прибор космического корабля)

Ссылки

^ ab Drews, C.; Berger, L.; Taut, A.; Peleikis, T.; Wimmer-Schweingruber, RF (2015). "Функции распределения скоростей ионов, захватываемых 2D He+: наблюдения СТЕРЕОПЛАСТИЧЕСКИЕ". Astronomy & Astrophysics . 575 (A97): A97. Bibcode :2015A&A...575A..97D. doi : 10.1051/0004-6361/201425271 .
^ Калленбах, Р.; Гейсс, Дж.; Глеклер, Г.; фон Штайгер, Р. (2000). "Измерения захвата ионов в гелиосфере - Обзор" (PDF) . Астрофизика и космическая наука . 274 (1/2): 97– 114. Bibcode :2000Ap&SS.274...97K. doi :10.1023/A:1026587620772. hdl : 2027.42/41954 . S2CID 56034338.
^ Аллегрини, Ф.; Швадрон, Н.; МакКомас, Д.; Глоклер, Г. (2005). «Устойчивость внутреннего источника, захватывающего ионы в течение солнечного цикла». Журнал геофизических исследований: космическая физика . 110 (A5): A05105. Bibcode : 2005JGRA..110.5105A. doi : 10.1029/2004JA010847.
^ Лойд, CL (1970). «Влияние межзвездного нейтрального водорода на прекращение солнечного ветра». Журнал геофизических исследований . 75 (34): 6892– 6898. Bibcode : 1970JGR....75.6892S. doi : 10.1029/JA075i034p06892.
^ Каммингс, AC; Стоун, EC; Стинберг, CD (2002). «Состав аномальных космических лучей и других гелиосферных ионов» (PDF) . The Astrophysical Journal . 578 (1): 194– 210. Bibcode : 2002ApJ...578..194C. doi : 10.1086/342427. S2CID 26796459.
^ Möbius, E.; Hovestadt, D.; Klecker, B.; Scholer, M.; Gloeckler, G.; Ipavich, FM (1985). "Прямое наблюдение захвата ионов He ^{+ межзвездного происхождения в солнечном ветре".}Nature . 318 (6045): 426– 429. Bibcode :1985Natur.318..426M. doi :10.1038/318426a0. S2CID 4357891.
^ Гейсс, Дж.; Глоклер, Г.; Малл, У. (1994). «Происхождение ионов, захватывающих O ^{+ в гелиосфере».}Астрономия и астрофизика . 286 : 933. Bibcode : 1994A&A...289..933G.
^ Drews, C.; Berger, L.; Wimmer-Schweingruber, RF; Galvin, AB; Klecker, B.; Möbius, E. (2010). "Наблюдения за межзвездным неоном в фокусирующем конусе гелия". Journal of Geophysical Research . 115 (A10): n/a. Bibcode : 2010JGRA..11510108D. doi : 10.1029/2010JA015585.

[drews2015-1] Drews, C.; Berger, L.; Taut, A.; Peleikis, T.; Wimmer-Schweingruber, RF (2015). "Функции распределения скоростей ионов, захватываемых 2D He+: наблюдения СТЕРЕОПЛАСТИЧЕСКИЕ". Astronomy & Astrophysics . 575 (A97): A97. Bibcode :2015A&A...575A..97D. doi : 10.1051/0004-6361/201425271 .

[2] Калленбах, Р.; Гейсс, Дж.; Глеклер, Г.; фон Штайгер, Р. (2000). "Измерения захвата ионов в гелиосфере - Обзор" (PDF) . Астрофизика и космическая наука . 274 (1/2): 97– 114. Bibcode :2000Ap&SS.274...97K. doi :10.1023/A:1026587620772. hdl : 2027.42/41954 . S2CID 56034338.

[3] Аллегрини, Ф.; Швадрон, Н.; МакКомас, Д.; Глоклер, Г. (2005). «Устойчивость внутреннего источника, захватывающего ионы в течение солнечного цикла». Журнал геофизических исследований: космическая физика . 110 (A5): A05105. Bibcode : 2005JGRA..110.5105A. doi : 10.1029/2004JA010847.

[4] Лойд, CL (1970). «Влияние межзвездного нейтрального водорода на прекращение солнечного ветра». Журнал геофизических исследований . 75 (34): 6892– 6898. Bibcode : 1970JGR....75.6892S. doi : 10.1029/JA075i034p06892.

[5] Каммингс, AC; Стоун, EC; Стинберг, CD (2002). «Состав аномальных космических лучей и других гелиосферных ионов» (PDF) . The Astrophysical Journal . 578 (1): 194– 210. Bibcode : 2002ApJ...578..194C. doi : 10.1086/342427. S2CID 26796459.

[6] Möbius, E.; Hovestadt, D.; Klecker, B.; Scholer, M.; Gloeckler, G.; Ipavich, FM (1985). "Прямое наблюдение захвата ионов He ^{+ межзвездного происхождения в солнечном ветре".}Nature . 318 (6045): 426– 429. Bibcode :1985Natur.318..426M. doi :10.1038/318426a0. S2CID 4357891.

[7] Гейсс, Дж.; Глоклер, Г.; Малл, У. (1994). «Происхождение ионов, захватывающих O ^{+ в гелиосфере».}Астрономия и астрофизика . 286 : 933. Bibcode : 1994A&A...289..933G.

[8] Drews, C.; Berger, L.; Wimmer-Schweingruber, RF; Galvin, AB; Klecker, B.; Möbius, E. (2010). "Наблюдения за межзвездным неоном в фокусирующем конусе гелия". Journal of Geophysical Research . 115 (A10): n/a. Bibcode : 2010JGRA..11510108D. doi : 10.1029/2010JA015585.