Космическая магнитогидродинамика

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Искажение магнитного поля Земли под действием солнечного ветра

Косми́ческая магнитогидродина́мика — раздел астрофизики, изучающий динамику течений проводящих жидкостей и ионизованных газов (плазмы) в магнитном поле в космических условиях[1].

Исследования, проводимые в рамках данного направления, оперируют методами магнитной гидродинамики при изучении астрономических объектов: Солнца, звёзд, межзвёздного газа, межпланетной среды, вещества околоземного пространства, содержащих ионизованный проводящий газ (плазму) и магнитные поля[2].

История[править]

Историю возникновения данного направления исследований относят к работам середины XX века — 1940—1950-м годам[2]. Основы космической магнитогидродинамики были заложены шведским физиком, специалистом по физике плазмы Ханнесом Альфвеном[3].

Проблемное поле[править]

Магнитное пересоединение: модель, представленная на изображении, представляет собой поперечное сечение четырех областей магнетизма (доменов)

К явлениям, изучаемым в рамках данного раздела астрофизики, относится, в частности, геомагнетизм (земной магнетизм): в недрах Земли происходят электромагнитные процессы, создающие магнитное поле Земли. В пределах области размером ~ 10 земных радиусов это поле образует магнитосферу нашей планеты. Состояние магнитосферы зависит в том числе от электромагнитного поля солнечного ветра, которое, в свою очередь, определяется солнечной активностью — совокупностью электромагнитных явлений, происходяших на Солнце[3].

Космическая магнитогидродинамика рассматривает космическую плазму как движущуюся сплошную среду, обладающую высокой электрической проводимостью. В такой среде любые электрические поля (например, порождаемые градиентами газового давления) создают электрические токи и, как следствие, магнитные поля[3].

Одной из важных задач данного научного направления является решение вопроса о происхождении и усилении поля: при определённых обстоятельствах движение газа может привести к усилению начального слабого поля (динамо-эффект). Это начальное поле, в свою очередь, может быть создано диффузией электронов, возникающей под действием флуктуаций плотности и температуры, или трением электронов о фотонный газ реликтового излучения[2].

Одно из важнейших явлений, вызывающих интерес у специалистов в данной области, связано с нарушением вмороженности в тех точках пространства, где магнитное поле обращается в нуль. В присутствии электрического поля в данном случае происходит разрыв линий магнитного поля и их соединение таким способом, который обеспечивает перераспределение магнитных потоков. С этим эффектом, называемым магнитным пересоединением, связано накопление энергии магнитного поля перед солнечной вспышкой и её превращение в кинетическую энергию частиц во время вспышки[3].

В многочисленных приложениях космической магнитогидродинамики широко используются методы магнитной гидродинамики[4]. Отличительной особенностью космической магнитогидродинамики является исследование огромных объёмов плазмы, определяемых гигантскими размерами астрономических объектов. Время диссипации электрических токов в этих условиях значительно превышает характерное время движения плазмы в астрономических объектах (например, период вращения Солнца), а довольно часто также характерное время их эволюции. Это позволяет пренебречь затуханием магнитного поля в космической плазме и рассматривать её как идеальную среду, движущуюся вместе с магнитным полем[3].

Место среди других научных направлений[править]

Космическая магнитогидродинамика является разделом астрофизики, к которым также относится астроспектроскопия, наблюдательная и теоретическая астрофизика и другие направления исследований[1].

Космическая магнитогидродинамика является частью плазменной астрофизики — науки, которая использует методы физики плазмы для интерпретации астрофизических явлений. Помимо гидродинамических плазменная астрофизика учитывает кинетические эффекты, характерные для разреженной высокотемпературной плазмы, и поэтому имеет более широкую область применимости, чем космическая магнитогидродинамика. Например, позволяет объяснить ускорение заряженных частиц до высоких энергий в областях магнитного пересоединения во время вспышек на Солнце, в коронах других звёзд и аккреционных дисков, а также в релятивистских космических объектах (нейтронных звёздах, чёрных дырах)[3].

В России[править]

Институт механики сплошных сред (Пермь) Уральского отделения Российской академии наук остаётся едва ли не единственным научным подразделением в России, ведущим теоретические и экспериментальные работы практически по всем проблемам в области магнитной гидродинамики — от галактических магнитных полей, магнетизма звёзд и планет до прикладных задач, связанных с формированием и контролем потоков жидких металлов в условиях производства[5].

Магнитогидродинамическая волна[править]

Магнитогидродинамическая волна (МГД-волна) — квазипериодическое возмущение в плазме (например, солнечного ветра) в межпланетном магнитном поле с частотой, меньшей гироскопической частоты ионов[6].

См. также[править]

Источники[править]

  1. ↑ 1,0 1,1 Сомов Борис Всеволодович Космическая магнитогидродинамика (рус.) (2022-06-06). Проверено 29 ноября 2023.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Большая Советская Энциклопедия. — Москва: Советская Энциклопедия, 1973. — Т. 13. Конда — Кун.
  3. ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Сомов Борис Всеволодович Космическая магнитогидродинамика (рус.) (2022-06-06). Проверено 29 ноября 2023.
  4. ↑ Сыроватский С. И. Магнитная гидродинамика // Успехи физических наук, 1957, т. 62, вып. 3.
  5. ↑ Фрик П. Магнитная гидродинамика: от галактик до проблем металлургии // Наука в России. — № № 5(203). — С. 4—10.
  6. ↑ Сурдин В. Г. Большая энциклопедия астрономии: более 2 500 астрономических терминов : самое полное современное издание. — Москва: Эксмо, 2012. — С. 203. — 480 с.

Литература[править]

  • Альвен Х., Фельтхаммар К.-Г. Космическая электродинамика. — М., 1967.
  • Сомов Б. В. Космическая электродинамика и физика Солнца. — Москва, МГУ, 1993.
  • Пикельнер С. Б. Основы космической электродинамики. — М., 1966.
Дополнительная литература
  • Чернов А. А. Новая модификация магнитогидродинамических волн энергичными ионами в космической плазме // Известия высших учебных заведений. — 2017. — № 3.
  • Синявский В. В., Троицкий С. Р. Магнитогидродинамические насосы космических ядерно-энергетических установок. — Королёв: Открытое акционерное общество «Ракетно-космическая корпорация „Энергия“ имени С. П. Королёва», 2015. — 288 с.
  • Космическая магнитная гидродинамика / Под ред. Э. Приста, А. Худа; Пер. с англ. В. Н. Обридко и др.; Под ред. В. Н. Ораевского. — Москва: Мир, 1995. — 439 с.
  • Чернышов А. А. Исследование сжимаемой магнитогидродинамической турбулентности в космической плазме методом крупных вихрей. — Институт космических исследований Российской академии наук, 2008.
  • Прист Э. Р. Солнечная магнитогидродинамика. — Москва: Мир, 1985. — 589 с.

Ссылки[править]

Ruwiki logo.png Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Космическая магнитогидродинамика», находящаяся по адресу:

«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Космическая_магнитогидродинамика»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.
Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?»

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Космическая_магнитогидродинамика&oldid=1819183