Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из актуальных задач настоящего и будущего в физике космической плазмы является наиболее полное описание области взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой и физических явлений, происходящих в этой области. Интерес к этой проблеме постоянно растет благодаря проводящимся в настоящее время экспериментам на космических аппаратах Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 10, Pioneer 11, Ulysses, SOHO и др.
Исследования последних двух десятилетий показали, что локальная межзвездная среда (ЛМС) является частично ионизованной плазмой, которая движется относительно Солнца. Плазменная компонента ЛМС, взаимодействуя с солнечным ветром, образует газодинамическую структуру этого взаимодействия. В случае, когда набегающая ЛМС является сверхзвуковой, образуется структура с двумя ударными волнами и контактным разрывом (гелиосферный интерфейс). Благодаря высокому сечению перезарядки на протонах атомы межзвездного водорода оказывают сильное влияние на положение поверхностей разрыва и газодинамическое течение. Другие межзвездные атомы не оказывают заметного влияния на гелиосферный интерфейс благодаря их низкому космическому содержанию, но могут глубоко проникать внутрь гелиосферы, так как их длина свободного пробега сопоставима с размерами интерфейса. Параметры межзвездных атомов, имеющих большое сечение перезарядки на протонах, будут возмущаться в гелиосферном интерфейсе и иметь внутри гелиосферы значения, отличные от невозмущенных значений в ЛМС. Межзвездные нейтралы, проникающие в гелиосферу, могут ионизироваться благодаря процессам фотоионизации и перезарядки на протонах. Вновь ионизированные атомы немедленно захватываются солнечным ветром (захваченные ионы), часть из которых затем ускоряется до высоких энергий, образуя аномальную компоненту космических лучей (АКЛ).
Наряду с нейтральной и плазменной компонентой в ЛМС присутствуют и галактические космические лучи (ГКЛ), параметры
которых подвергаются изменению (модуляции) в гелносферном интерфейсе и которые сами могут оказывать влияние на гелио-сферный интерфейс.
В настоящее время проводится множество экспериментов по изучению межзвездных атомов, захваченных ионов, галактических космических лучен и аномальной компоненты космических лучен. Интерпретация этих экспериментов на основе теоретических моделей может дать дополнительную информацию как о параметрах ЛМС, так и о структуре гелиосферного интерфейса. Теоретическое исследование н компьютерное моделирование физических процессов в гелиосфере позволяют прогнозировать и предсказывать результаты экспериментов. Поэтому построение теоретических моделей, численное моделирование проникновения межзвездных атомов и ГКЛ в гелносферу на основе адекватной модели гелиосферного интерфейса, исследование дальнейшей эволюции межзвездных атомов внутри гелиосферы представляют собой актуальные задачи. Этим задачам посвящена настоящая диссертация.
Целью диссертации является численное моделирование проникновения межзвездных атомов и галактических космических лучей внутрь гелносферы на основе модели сверхзвукового обтекания солнечного ветра двухкомпонентной (плазма и Н атомы) локальной межзвездной средой (Баранов и Малама, 1993) и изучение дальнейшей эволюции межзвездных атомов по мере их проникновения в гелносферу. Полученные результаты сравнивались с экспериментальными данными.
Научная новизна. В диссертации впервые получено распределение межзвездного нейтрального кислорода в околосолнечном пространстве на основе модели сверхзвукового обтекания солнечного ветра двухкомпонентной ЛМС (далее, модель Баранова-Маламы или, сокращенно, БМ-модель);
впервые получены распределения источников захваченных ионов внутри гелиосферы на основе БМ-модели, которые являются основой для построения дальнейших моделей эволюции захваченных ионов и моделей образования АКЛ;
впервые на основе расчета распределений источников захвачен-
ных ионов и при учете ускорения захваченных ионов на альф-веновских и крупномасштабных неоднородностях солнечного ветра получены спектры захваченных ионов Н и Не на различных гелиоцентрических расстояниях;
впервые на основе БМ-модели исследовано проникновение ГКЛ внутрь гелиосферы в гидродинамическом приближении при различных коэффициентах диффузии;
проведена оценка возможного влияния ГКЛ на область взаимодействия ЛМС с солнечным ветром.
Практическая ценность. Результаты работы могут быть использованы при интерпретации большого количества имеющихся наблюдательных данных по рассеянному солнечному излучению в резонансной линии кислорода, захваченных ионов, АКЛ и ГКЛ. Кроме того, интерпретация экспериментов, проводящихся в настоящее время на космических аппаратах Voyager 1, Voyager 2, Pioneer 10, Pioneer 11, Ulysses, SOHO, на основе полученных расчетов может служить стимулом для построения более полных моделей гелиосферного интерфейса.
Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на семинарах лаборатории физической газовой динамики ИПМ РАН под руководством проф. Баранова В.Б. и на семинаре кафедры аэромеханики и газовой динамики МГУ. Отдельные результаты работы докладывались автором на Международных научных конференциях COSPAR (Birminghem, England, 1996) и URSI (Lille, France, 1996).
По теме диссертации опубликовано 5 научных работ.