Перевод статьи «Co-rotating Interaction Regions: interactions between fast and slow streams» http://www.physics.usyd.edu.au/~cairns/teaching/lecture11/node4.html

В предыдущем разделе было показано, что неподвижный наблюдатель, находящийся относительно близко к Солнечной экваториальной плоскости, будет наблюдать последовательное быстрые и медленные потоки солнечного ветра в течение большей части солнечного цикла. Какие взаимодействия существуют между этими потоками? Очевидно, что они должно быть, потому что плазма от быстрого потока будет догонять и увлекать плазму от медленного потока. Рисунок 11.8 [Hundhausen, 1972] показывает качественный прогноз развития этого сценария: образование области сжатия в задней части медленного потока, вероятно, с образованием ударной волны, исходящей из области сжатия (скорее всего двух волн, как рассматривается ниже), и области разрежения в задней части быстрого потока, с характерными изменениями в плазме и полевых переменных. Интуитивно можно понять, что эти области взаимодействия будут иметь спиральные формы, которые могут обернуться несколько раз вокруг Солнца. Эти области называются «областями взаимодействия совместного вращения (коротирующими областями взаимодействия)'' или CIRs, так как они совместно вращаются (коротируют ) с Солнцем.

Рисунок 11.8: Схематическое изображение быстрых потоков взаимодействующих с медленным потоком [Hundhausen, 1972].

Coвращающиеся области взаимодействия не всегда создают ударную волну. Причина этого в том, что формирование ударной волны происходит из-за нелинейной крутизны волны и требуется неоднократное прохождение таких волн для формирования ударной волны. Так как большинство CIRs не дают ударную волну с шагом в 1 А.Е., а чаще в 2 А.Е., эмпирически время нелинейной крутизны волны должно быть порядка 4 дней. (Вопрос: почему?) Причина, по которой в конечном итоге образуются две ударных волны при CIR, связано с симметрией областей повышения давления в результате сжатия и увлечения медленного ветра быстрым.

(Рисунок 11.9 [Гослинг, 1996]). Ударная волна приводится в движение повышением давления в обоих направлениях, в результате, так называемой «возвратно-поступательной ударной пары», в которой прямая ударная волна распространяется от Солнца вперед, в то время как обратная движется в сторону Солнца против потока солнечного ветра.

Рисунок 11.10 [Hundhausen, 1973; Гослинг, 1996] показывает результаты моделирования МГД волны. Обратите внимание на формирование областей повышенного давления со ступеньками вперед и назад с формированием характерного двухступенчатого шага увеличения скорости потока с последующим медленным спадом на медленной скорости (в области разрежения). На первый взгляд, этот двухступенчатый профиль не согласуется с прямой и обратной ударной волной, которая образуется в режиме быстрого удара. Однако, это действие системы отсчета, в рамках обратной ударной волны скорость исходящего потока (невозмущенного быстрым потоком в более поздние времена) больше, чем ниже скорость (более ранние времена). В самом деле, уравнение Ренкина-Гюгонио для массового потока через ударной волны в ударной рамы (уравнение 4.17) может быть использовано с наблюдаемым скоростями потока на входе и выходе для расчета ударной скорости, т. е.

Рисунок 11.10: эволюция в состоянии CIR в области высоких температур на внутренней границе солнечного ветра [Hundhausen, 1973]. Обратите внимание на развитие удара, импульса давления и характерное двухступенчатое увеличение и спад скорости солнечного ветра.

Рисунок 11.11 [Smith, 1985] показывает, наблюдаемую эволюцию CIR от 1 до 4,2 а.е. Обратите внимание на сжатие магнитного поля и плазмы на 1 а.е., но отсутствие этого на 4,2 А.Е.., что является в хорошим примером взаимодействия «возвратно-поступательной ударной пары» и CIR

Эти и подобные события могут быть сопоставлены с результатами моделирования МГД: Рисунок 11.12 [Gosling и др., 1976; Pizzo, 1985] показывает очень хорошее согласие между наблюдением и расчетами, использующими только МГД.

Рисунок 11.12: На верхней панели показана распределение плотности плазмы наблюдаемых спутников IMP 7 вблизи 1 а.е. и Pioneer 10 вблизи 4,5 а.е. На нижней панели сравнивается измеренное Пионером 10 плотность структуры с расчитаннами результатами моделирования 1-D МГД на основе данных спутника IMP 7.Видно очень хорошее совпадение [Gosling и др., 1976].

Рисунок 11.13 иллюстрирует исчезновение CIRs (и спирали Архимеда) на больших гелиоцентрических расстояниях, где оно, несомненно, может оказать существенное влияние на плазму.

Рисунок 11.13: Результаты МГД моделирования (1) высокоскоростных потоков, которые вызывают развитие структур CIR и (2) Распространение нестационарных волн, которые также изменяют структуру CIR (две нижние панели в частности) [Akasofu and Hakamada, 1983].

Ударные волны и связанные с ними структуры CIRs, играют важную роль в образовании многочисленных вспомогательных явлений в солнечном ветре. Например, CIRs рассеивают энергию в быстрых потоках, замедляя и нагревая плазму, в то время как магнитные области сжатия и турбулентности, связанные с волной могут генерировать космические лучи. Кроме того, частицы могут ускоряться во время образования УВ CIR. Удары и большинство из плазменных структур CIRs сливаются вместе и сглаживается примерно за 20 А.Е.. Только магнитные области сжатия, как правило, сохраняются во внешней гелиосфере далеко за 20 А.Е.. Эти эффекты более подробно обсуждаются в лекции 12 и 20.