Введение к работе
Актуальность проблемы. Построение газодинамических моделей явлений, встречающихся в условиях космического пространства, является важной задачей для интерпретации экспериментов, осуществляемых при помощи космических аппаратов В представленной работе развивается модель взаимодействия солнечного ветра с локальным межзвездным облаком (ЛМО) х Интерес к этой проблеме постоянно растет благодаря множеству новых экспериментальных данных, полученных на космических аппаратах Voyagei 1 и 2, Ulysses, SOHO, Hubble Space Telescope, Pioneer 10 и 11, и др С целью исследования границы ге-лиосферы в 2008 г планируется запуск нового космического аппарата Interstellar Boundary Explorer (IBEX)
В настоящее время известно, что ЛМО является частично - ионизованной средой, которая движется относительно Солнца со скоростью ~2б км/с и имеет температуру ~7000 К И плазменная, и нейтральная компоненты межзвездной среды взаимодействует с плазмой солнечного ветра При этом плазменная компонента может быть описана в рамках модели механики сплошных сред Поэтому образуется структура с контактной поверхностью, называемой гелиопаузой, а также двумя ударными волнами - гелиосферной ударной волной Б солнечном ветре и внешней ударной волной в межзвездной среде (Рис 1) Структура взаимодействия с двумя ударными волнами и контактной поверхностью между ними была предложена в работе Баранова, Краснобаева и Куликовского [1] Однако длина свободного пробега атомов водорода, I, для главного процесса перезарядки с протонами сравнима с характерным размером задачи,L {Кп = 1/L) Следовательно, для описания движения межзвездных атомов водорода необходимо использовать кинетический подход
В работе Баранова и Маламы [2] была создана первая самосогласованная кинетико-газодинамическая модель взаимодействия солнечного ветра с двухкомпонеытной (атомы и плазма) локальной межзвездной средой Теоретические результаты, полученные в этой работе, были впоследствии подтверждены целым рядом экспериментальных данных В частности, на космическом аппарате Hubble Space Telescope (HST) бы-
1 Область взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой часто называют областью гелиосферного интерфейса
— —_ и
ПН,со S
Рис 1 Качественная картина взаимодействия солнечного ветра с двухкомпонент-ным локальным межзвездным облаком (ЛМО), состоящим из плазмы и атомов водорода На рисунке показаны возможная траектория tH атома Н, линии тока плазмы f, образующиеся в плазме разрывы TS - гелиосфсрная ударная волна, HP -гелиопауза, BS - внешняя ударная волна
ла обнаружена водородная стенка, которая образуется из вторичных межзвездных атомов - атомов рожденных в области между гелиопа-узой и внешней ударной волной Другим примером, подтверждающим правильность модели Баранова-Маламы, является факт пересечения ге-лиосферной ударной волны космическим аппаратом Voyager 1 в декабре 2004 г на теоретически предсказанном расстоянии 94 а е
Вместе с тем, для интерпретации новых экспериментальных данных, получаемых на космических аппаратах Hubble Space Telescope, SOHO, Ulysses, Voyager 1 и 2, и др требуется дальнейшее развитие модели Баранова-Маламы В частности, для корректной интерпретации спектров поглощения в линии Лайман-альфа в направлении некоторых ближних звезд необходимо модифицировать модель Баранова-Маламы так, чтобы учитывать хвостовую часть области взаимодействия сол-
печного ветра с межзвездной средой и определять влияние межзвездного магнитного поля на движение плазмы Недавние измерения рассеянного солнечного Лайман-альфа излучения на космическом аппарате SOHO (прибор SWAN) показали, что направление движения атомов водорода внутри гелиосферы отличается от направления движения локального межзвездного облака [3] Такое отклонение движения может быть вызвано влиянием межзвездного магнитного поля Интерес к изучению влияния межзвездного магнитного поля на структуру ге-лиосферного интерфейса растет в настоящее время также в связи с 1) ожидаемым пересечением гслиосферной ударной волны космическим аппаратом Voyager 2, 2) планируемым в 2008 г запуском космического аппарата ІВБХ, который будет с 1 а е регистрировать потоки энергичных нейтральных атомов (ЭНА) из области гелиосферного интерфейса
Цель диссертации
Целью диссертации является развитие кинетико - газодинамической модели Бараиова-Маламы с целью изучения газодинамических процессов в хвостовой части области взаимодействия солнечного ветра с локальной межзвездной средой на больших гелиоцентрических расстояниях, а также исследование влияния межзвездного магнитного поля на структуру области взаимодействия Исследование влияния межзвездного магнитного ноля проводится в осесимметричной и трехмерной постановках
Научная новизна.
В диссертации впервые
исследуется структура хвостовой части области взаимодействия солнечного ветра с двухкомпонентной (атомы и плазма) локальной межзвездной средой Анализ проводится в рамках кинетико -газодинамической модели Варанова-Маламы
в рамках кинетико - магиитогидродинамического подхода исследуется влияние межзвездного магнитного поля на структуру гелиосферного интерфейса Задача рассматривается как в осесиммет-ричном случае, когда направление вектора напряженности межзвездного магнитного поля совпадает с направлением вектора скорости межзвездной среды, так и в трехмерном случае, когда угол между этими двумя векторами ненулевой
был исследован вопрос о том, как направление межзвездного магнитного поля влияет на направление вектора скорости межзвездных атомов водорода внутри гелиосферы Данный вопрос важен для интерпретации измерений по рассеянному солнечному Лайман-альфа излучению на космическом аппарате SOHO
Практическая ценность.
Результаты, полученные в диссертационной работе, используются в настоящее время при интерпретации большого количества имеющихся наблюдательных данных на космических аппаратах Voyager, Pioneer, Ulysses, SOHO, HST и др , а также для предсказания и планирования будущих космических экспериментов (IBEX, Interstellar Probe)
Достоверность результатов.
Достоверность результатов, представленных в диссертации, базируется на использовании общепризнанных моделей физических явлений, методов и подходов газовой динамики, проверенных численных методов Все численные методы и программы, использованные при получении результатов, тщательно проверялись на известных решениях и специальных тестах Результаты, представленные в диссертации, хорошо совпадают с экспериментальными данными, полученными на различных космических аппаратах
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на семинарах лаборатории 'Физической газовой динамики' Института проблем механики РАН (рук проф В Б Баранов), Института механики МГУ (рук акад Г Г Черный), Института теплофизики экстремальных состояний РАН (рук акад BE Фортов), Института космических исследований РАН (рук чл -корр РАН Л М Зеленый), Калифорнийского технологического института (США, рук семинара акад Э Стоун), Института Аэрономии Национального центра научных исследований Франции, семинаре национальной лаборатории Jet Propulsion Laboratory (JPL) США
Основные положения и результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на российских и международных конференциях, в том числе
на конференциях 'Ломоносовские чтения' МГУ 2006, 2007 годов,
на 31, 34, 35, 36 научных ассамблеях КОСПАР (2002, 2006 гг),
на международных конференциях 'Солнечный ветер-1Г (Канада, 2005) и 'Солнечный ветер-10' (Италия, 2002),
ежегодной конференции американского геофизического общества (г Сан Франциско,2005);
на международной конференции 'Прогресс в космической газовой динамике' (Москва, 1999),
Работы, вошедшие в диссертацию, были отмечены в 2006 г премией РАН и ОАО РАО 'ЕЭС РОССИИ' в области энергетики и смежных наук
Публикации.
Представленные в диссертации результаты опубликованы в 6 статьях в рецензируемых журналах и сборниках Всего же автором диссертации опубликовано 16 статей в рецензируемых журналах и сборниках Все основные результаты диссертации опубликованы в журналах из перечня ВАК
Структура и объем работы
