О возбуждении квазистационарных электромагнитных полей в движущейся плазме Губченко, Владимир Михайлович

Введение к работе

ктуальность тени. В лабораторной и космической плазме широ-о представлена ситуация с достаточно медленными движениями, ходе которых s плазме возбуждаются каазистационарныо элок-ронагнитные (КЗМ) поля и токи, а плазма ведет себя как про-одявая среда. Именно эта ситуация имеет место при »орниро-ании магнитос*ер планет, в динамике магнитных структур в ороне Солнца, в ионосфере вблизи магнитных систем на спут-иках и в лаеорг орной плазме при мовелироэании указанных влвний. а также при ее течении вблизи токонесуаих эленен-3D. В перечисленных примерах возбуждение КЭМ полей и токов зязано с поступательным движением раэреженнояторячей плаз-л относительно источников магнитного потока. Э»»екты проворности о этом случае, а, значит, и отсутствие вмороженности іределяют процессы изменения топологии исходных полей с об-ізованием трехмерных плазменных структур 8 виде токовых ioob и токовых жгутов, сопряженных с потокани, их возбужда-1ИКИ. Такого рода КЭМ процессы связываются с явлением перо-

іединения и диссипации энергии магнитного поля. Быстрое вы-

< юбождение энергии магнитных полей может приводить к возбу-

іению МГД волновых движений и ударных волн а области, охру-

іюаеп область энергоэыделения. Вихревые КЭМ поля и ЭМ поля

їли при этом часто э*»ективно ускоряют заряженные частицы,

ірмируя источники энергичных частиц в плазма.

На важность проблемы взаимодействия потока плазмы с исто-

іикоч магнитного поток впервые было обранено внимание »

работе Чепмена и Ферраро в 1931 году С13. Однако сложності

многообразие КЭМ процессов в движущейся плазме делают до с

пор актуальной задачу их адекватного математического моде/

рования. При этом помимо важности учета ёесстолкновительнс

характера процессов, их трехмерности и других «акторов осе

важным является последовательный учет потоков плазмы, *орк

руюцих токовые структуры.

Цель работы. Диссертация посвящена теоретическому расе*

трению э»«ектов, возникающих при возбуждении квазистационэ

ных электромагнитных(КЭМ) полей в движуцейся бесстолкнов

тельной плазме. Исследуется структура полей и энергети

взаимодействия при внесении в поток плазмы стороннего ист

чника в виде магнитимого диполя. Исследуются э*«екты спонта

ного возбуждения UOM полей в нейтральном токовом слое, п

груженном в поток

лено вопросам структуры короны и ускорению в ней заряженн

частиц ударными волнами. Научная новизна.

1. Развита линейная теория электромагнитного взаимоде ствия стороннего источника намагниченности с потоком медле ной, горячей, изотропной бесстолкновительной плазмы. Выявл на характерная бесстолкновительная диссипация, связанная движением, которая определяет энергетику взаимодействия, з активную проводимость и масштаб скинирования. Изучены ос Сенности в трехмерной структуре возбужденных квазистационэ них полей и вихревых токов.

2. Предложена бесстолкновительная плазменная кон»игур; ция, моделирующая широкий класс ситуаций в солнечно-эемн¹ изике и состояцая из покояцегося неоднородного нейтральної токоаого слоя,'.погруженного в однородный поток плазмы. Иі

:ледована динамика крупномасптабных квазистационарных элек-ромагнитных мод в этой конфигурации, которые в зависимости )т ориентации возмущения принимают *орму либо разрывной, ли-;о впервые обнаруженной в диссертации стратификационной моды. [зучэно влияние потокьч и электрических токоз на возбуждение тих мод. На основе полученных результатов объясняется тон-ая структура солнечной короны и природа источника знергич-ых элетроноз, вызывающих иумовые радиобури I и III типов.

3.Применительно к условиям а солнечной короне показана ффєктивность ускорения протонов -поперечной нагнитозвукозой дзрной волной, возникпей от солнечной вспыпки и являющееся роявлением модного индукционного процесса з солнечной атмо-*ере. Рассмотренный серфинговыя механизм ускорения обеспе-ивает наблюдаемые энергии ускоренных частиц. При условии озникновения мелкомасштабной турбулентности во «ронте и су-ественной инясекции частиц з режим ускорения обеспечиваются аблюпаемые потоки энергичных частиц.

Практическая и. научная ценность.Результаты теоретических ^следований, проведенных в диссертации, могут быть исполь-ованы для прогнозирования и интерпретации эксперинентоэ по заимодействию потоков горячей разреженной плазмы со сторонами источниками магнитного потока как в лаборатории, так и космической плазме. Результаты по иccлeдoaни!o динамики эйтрального токового слоя в потоке плазмы помогают интер-зетировать трехмерь/ю структуру ближней области иагнито->ерного хвоста и солнечной короны, связать появление источ-1Коз энергичных частиц в короне с динамикой токовой системы > квазистаииоиарных электромагнитных модах. Установленная ізи'.^ская связь появления источника энергичных протонов з ілнечной короне с ударной волной и определенного вида ра-

диовсплескани позволяет развивать методы прогнозирования ра диационнч* обстановки вблизи орбиты Земли.

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались на а, XIII и XX Всесоюзных конференциях по радиофизический исследованиям солнечной системы (Иркутск, 1977; Киев , 1981; Симферополь 1988), на заседаниях секции "Радиоизлучение Солнца" (Рига, 1978; Алма-Ата, 1982), на заседаниях секции "Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле* (Ьорок, 1983, 1986; Рига, 1987; Киев, 1988), Всесоюзном совещании пс «изике космической плазмы (Горький, 1984), Всесоюзном совещании по плазменной астро»иэике (Тбилиси, 1985), Всесоюзно; вколе по Физике космической плазмы (Рига, 1984, 1987), заседании рабочей Группы по проблеме магнитного перезамикакия е лабораторной и космической плазме (Иркутск, 1983), совоааниі по прогнозирован»»} солнечной активности (Зименки, 1986), Меадун^родных конференциях молодых радиоастрономов (Пуцино, 1979; Зеленчгкская, 1984; Гренобль, 1985), Международно»' симпозиуме "Исследования солнечного ветра геофизическими, радиоастрономическими и прямыми методами* (Москва, 1984), Международной конференции по пересоединению в космическог плазме (Потсдам, 1988).

Структура н_ объем дисссертации. Диссертация состоит из введении, трех глав и заключения. Она содержит 158 страниц основного текста, 21 рисунок. Список литературы включает 136 наименований.

ГЛАВА 1. О ВОЗБУЖДЕНИИ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ
НОЛЕЙ ДВИЖУЇ1ИМИСЯ В БЕСТОЛКНОВИТЕЛЬНОИ ПЛАЗМЕ
РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА

1.1. Квазистационарные электромагнитные поля и их
свойства. Индукционные поля

1. Дисперсионные свойства плазмы и ква-эистационарное электромагнитное поле

2. Проникновение электромагнитного поля в плазму, нормальный и аномальный

скин-слой .

3. Пале плоскости с переменный током ь поле движущейся плоскости

4. Поле точечного заряда, движущегося в ёезстолкновительной плазме

1.2. ОбпЙо соотношения для поля движущегося
магнитного момента

1. Поле деижуиегося магнитного диполя в вакууме

2. Общие соотнооения для вихревого поля двмхуоегося магнитного диполя

3. Масатаб токовой экранировки в еесстолкновительной плазме

4. Магнитное число Рейнольдса в евстолкновитепьнсй плазке

5. Дебаевская экранировка движущегося магнитного момента

1.3. Асимптотика полей магнитного диполя на больших
расстояниях от источника

6. Поле вне хвоста и лобовой области

7. Структура хвоста-следа за движущимся

диполем

1.4. Асинптотика полей на малых расстояниях от
источника

8. Поле о области нахождения источника ...

9. Поле вблизи источника

5. Обтая картина полей, возбуждаемых в окрестностях магнитного диполя

6. Интегральные характеристики взаимодействия движущегося магнитного диполя с' бесстолкновительной плазмой

1.6.1. Мощность процесса генерации полей.
Силы и моменты сил, действуюяие на

диполь

2. Сопротивление "излучения"

3. Энергия нагнитного поля и индуктивность магнитного диполя в плаэне

4. Энергия электростатического поля и емкость магнитного диполя в плазме...

1.7. Ропросы применимости результатов к условиям

космической и лабораторной плазмы

1.6. Основные результаты главы 1

2.1. Неравновесные стационарные состояния плазмы и
анизотропия

1. Плазма с температурной анизотропией ...

2. Нейтральный токовый слой

3. Нейтральный токовый слой и потоки......

2.2. Спонтанные неустойчивости на кваэистационарных

электромагнитных йодах а плазме...............

2.2.1. Неустойчивость плазмы с температурне
анизотропией

2.2.2. Разрывная неустойчивость невтральног
токового слоя

3. Разрывная неустойчивость нейтрального токовое слоя в потоке плазмы

4. Стратификация нейтрального токового слоя потоке плазмы

1. Незамагниченные электроны и ионы

2. Незамагниченные 'ионы, занагниченнь

электроны

2.4.3. Замагниченные электроны и ионы

2.5. Основные результаты главы 2

3.1." Структура короны над активной областью кг
результат неустойчивости нейтрального токової
слоя в потоках плазмы. Источник шумовыз
радиоеурь I и III типов

3. Корона: Общие представления

4. Модель стационарного состояния короны

5. Неустойчивость токового слоя и проблеї структуры солнечной короны

3.1.4. Модель источника и ускорение частиц...
3.2. Об ускорении протоков ударной волной <

солнечной вспышки, возниквей в еиполярнс

структуре

6. Введение

7. Динамика ускорения протонов

8. Максимальная энергия ускорения протоні

9. Потоки ускоренных протонов ...........