¿Por qué el viento solar no perturba los planetas?

Question

El sol crea esta heliosfera enviando un flujo constante de partículas y un campo magnético hacia el espacio a más de 670.000 millas por hora, lo que también se conoce como viento solar. Si la velocidad del viento es tan grande, ¿por qué no perturba los planetas de nuestro sistema solar? ¿Acaso sólo evita que las partículas extrañas del espacio interestelar entren en la heliosfera?

Answer 1

El viento solar ejerce efectivamente una fuerza sobre los planetas, pero resulta que la fuerza es tan pequeña que no tiene ningún efecto medible.

La fuerza se puede calcular utilizando el hecho de que la fuerza es igual a la tasa de cambio del momento. Supongamos que la masa total de todas las partículas del viento solar que golpean la Tierra por segundo es $M$ y la velocidad media de las partículas es $v$ entonces la fuerza que el viento solar ejerce sobre la Tierra es simplemente:

$$F = Mv$$

No sé cuál es el flujo de masa y la velocidad, pero el artículo de Wikipedia sobre el viento solar informa la presión, $P$ producido por el viento a la distancia Sol-Tierra de 1 a 6 nano-Pascales. La fuerza total sobre la Tierra es esta presión multiplicada por el área de la sección transversal $\pi r^2$ . El radio de la Tierra es de unos 6.371.000 metros, por lo que obtenemos:

$$F = P \times \pi r^2 \approx 130 \,\text{to}\, 800 \,\text{kN}$$

Para ver por qué es insignificante, comparémosla con la fuerza gravitatoria entre el Sol y la Tierra. Ésta viene dada por la ley de la gravedad de Newton:

$$F = \frac{GM_\text{Sun}M_\text{Earth}}{r^2}$$

y resulta ser:

$$F \approx 3.54 \times 10^{22} \,\text{N}$$

por lo que la fuerza del viento solar es sólo un 0,000000000000001% ( $10^{-15}\%$ ) de la fuerza gravitatoria.

Answer 2

El viento solar hace desbaratar los planetas.

Lea sobre Escape atmosférico :

Si un planeta no tiene un campo magnético (por las razones que se describen más adelante), el viento solar puede despojar a la atmósfera mediante un proceso llamado sputtering. Sin un campo magnético, el viento solar puede golpear directamente la atmósfera del planeta. Los iones de alta energía del viento solar pueden acelerar las partículas de la atmósfera a gran altura a velocidades lo suficientemente grandes como para escapar.

La importancia relativa de este efecto en comparación con otras formas de escape atmosférico es un tema de investigación activa. La página web Sonda Maven de la NASA es una de las últimas herramientas para responder a esta pregunta:

Los científicos han pensado que Marte perdió gran parte de su atmósfera a través de un proceso conocido como stripping, cuando el viento solar empujó un isótopo (tipo) más ligero de hidrógeno hacia el espacio, dejando atrás un isótopo más pesado llamado deuterio. Al escapar el hidrógeno, la atmósfera se adelgazó. Esto podría explicar por qué el agua dejó de fluir en la superficie marciana hace miles de millones de años.

Por lo tanto, aunque no todos los científicos están de acuerdo (¡Wikipedia contiene una afirmación sin fundamento de que esos científicos del Maven de la NASA están en un error!), afirmar que el viento solar no perturba los planetas, es actualmente prematuro.

Answer 3

El viento solar es un flujo de partículas cargadas, llamado plasma que emite constantemente el sol. Los plasmas pueden mostrar una interesante propiedad llamada congelado en en el que el campo magnético y el flujo de masa están unidos (bueno, técnicamente es un flujo congelación condición pero...). El campo magnético no se mueve realmente, sino que se mueven las fuentes, pero eso es un punto bastante matizado. La cuestión es que un plasma magnetizado está constantemente bombardeando el planeta magnetosferas .

La respuesta a su pregunta es que el viento solar sí afecta a las atmósferas planetarias y, desde luego, a sus magnetosferas. A continuación describiré un ejemplo de cómo puede afectar a nuestra atmósfera. John ya ha explicado que la presión dinámica es bastante baja, por lo que el "viento" en sí no es realmente un problema. Así que me centraré en los efectos electromagnéticos.

La Aurora
A través de un proceso llamado reconexión magnética La energía y el impulso pueden transportarse a través de la magnetopausa en la magnetosfera. El proceso de reconexión provoca una reconfiguración de la topología del campo magnético y se imponen nuevas tensiones/deformaciones en el campo en diferentes lugares de la magnetosfera.

Uno de esos lugares es la cola geomagnética (es decir, el lado contrario al sol del planeta), donde el aumento de los flujos de viento solar y la reconexión diurna pueden provocar un "estiramiento" de la topología. Los campos estirados en la cola también pueden reconectarse. Una de las consecuencias del proceso de reconexión es similar a la de un honda . Cuando las líneas de campo magnético se estiran y luego se liberan, pueden reaccionar de manera similar a un relajante banda elástica . Dado que a las partículas cargadas generalmente no les gusta moverse a través del campo magnético, debido a la Fuerza de Lorentz La relajación del campo magnético puede dar lugar a una importante aceleración/energización de las partículas.

Así que cuando los campos de cola se relajan, pueden acelerar las partículas hacia el planeta. A medida que las partículas se acercan al planeta, encontrando diferentes densidades de plasma e intensidades de campo, pueden ser aceleradas aún más por varios otros procesos. He discutido uno de esos procesos aquí . Algunas de estas partículas ganarán suficiente energía y tendrán un ángulo de inclinación que pueden entrar en la atmósfera planetaria. La deposición de partículas energéticas puede excitar los átomos neutros y dar lugar a la emisión de luz, llamada aurora .

Otros efectos
Existen otros efectos del viento solar en los planetas, como la tasa de flujo de salida polar (es decir, el proceso por el que las partículas de carga se "escapan" de una atmósfera a lo largo del campo magnético), corrientes inducidas por el suelo efectos sobre contenido total de electrones etc.

Así que, en general, hay muchas formas en las que el viento solar puede afectar a un planeta, esté o no magnetizado internamente.

Answer 4

Puedo recordar 2 puntos en cuanto a esta pregunta:

1) El viento solar, como usted lo llama, no es muy denso. Aunque sea muy rápido, no lleva suficiente energía cinética para, por ejemplo, sacar a los asteroides de su órbita.

Pero hay que tener en cuenta que el hecho de que el viento solar no sea denso sólo es aplicable más allá de la extensión coronal del Sol. Dentro de la región coronal, el viento solar es ( razonablemente ) denso ( en lo que se refiere al gas espacial ) y sí influye en la heliosfera/corona del Sol mediante puras disrupciones/colisiones cinéticas.

2) El máximo efecto perturbador del viento solar no procede de su energía cinética, sino de la perturbación eléctrica producida por las partículas cargadas que transporta. Sin embargo, todos los planetas con una atmósfera razonablemente gruesa (de unos 300 km de extensión sin incluir la exosfera) tienen una magnetosfera generada por las corrientes de marea en sus núcleos líquidos ferrosos que repelen estas partículas cargadas y evitan que erosionen la atmósfera ionizando el gas y repeliéndolas después. Un ejemplo: Al parecer, Marte perdió gran parte de su fuerza magnetosférica para protegerse del viento solar debido a una catástrofe desconocida de escala cósmica hace unos 2-3.000 millones de años. La Tierra todavía tiene su fuerza casi completa, por lo que estamos vivos. Pero incluso en la Tierra, por encima de los 70 grados de latitud, se pueden ver las auroras, que se producen debido a las interacciones eléctricas entre las partículas ionosféricas y las partículas cargadas del viento solar. Esto se debe a que el campo magnético de la Tierra está en flujo continuo y es algo más débil en latitudes más altas ( más allá de Canadá ). Así que, para responder a sus preguntas:

El viento solar sí perturba los planetas del sistema solar, pero eléctricamente, no (significativamente) cinéticamente. Incluso esta perturbación eléctrica se reduce gracias a nuestra magnetosfera protectora. También retrasa ( e impide la entrada si tienen poca energía o están muy cargados) la entrada de partículas interestelares (rayos cósmicos) en el sistema. Así que todos los rayos cósmicos que observamos en la Tierra tienen una energía muy alta, incluso después de penetrar en la atmósfera. Esta es también una razón por la que raramente encontramos cosas como partículas alfa en los rayos cósmicos.