Новая тема 16 - Институт Ядерной Физики им.Г.И.Будкера СО РАН

Новая тема 16
Плазма в космосе
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Из чего состоит Вселенная?
Представления о составе Вселенной со временем изменяются.
Картинка соответствует пониманию 2015 года.
Чудеса в науке иногда происходят.
Из чего состоит Вселенная (по результатам наблюдений WMAP и др.)
http://ru.wikipedia.org/
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Эволюция Вселенной
http://www.modcos.com/images/articles/den/2011/11/011.jpg
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Измерение расстояний в астрономии
Межзвёздные и межгалактические расстояния измеряются несколькими
способами, каждый из которых имеет свой диапазон применимости, свою
точность и своё физическое обоснование. Всего есть ~15 методик.
1 астрономическая единица = 150×106 км
1 световой год = 3·1010 см/с × 3·107 с ≈ 1018 см = 1013 км
1 парсек (параллакс равен 1 угловой секунде) = 3.26 св. года
способ
расстояние
измерение параллакса
до ~1 кпк
«стандартные свечи» (цефеиды, RR Лиры)
до ~1 Мпк
сверхновые тип Ia
до ~500 Мпк
эллиптические галактики
до ~3 Гпк
«красное смещение»
более далёкие
Hipparcos
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Что такое «тёмная материя»?
Астрономические наблюдения галактик в течение долгого времени давали
парадокс: для объяснения гравитационного поля галактик наблюдаемого
обычного вещества (звёзды, межзвёздные пыль и газ) недостаточно!
Есть и несколько других экспериментальных свидетельств.
Кривые вращения галактик: зависимость скорости от радиуса
http://www.modcos.com/images/articles/den/04012010_2.JPG
Вывод: есть большая скрытая масса = тёмная материя.
Природа тёмной материи неизвестна, гипотез много.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Расширение Вселенной и закон Хаббла
Э. Хаббл (1927): далёкие галактики удаляются от наблюдателя, скорость
удаления линейно зависит от расстояния:
расстояние до галактики можно
определить, если удалось прямо
измерить яркость сверхновых
тип 1а в этой галактике
http://images.astronet.ru/pubd/2002/05/14/0001176797/10lec/hubble_diag.gif
V ~ H·r
H = 2,3·10−18 с−1 = 70,4±1,3 (км/с)/Мпк - постоянная Хаббла
(формула применима для V << c)
время жизни Вселенной:
τ = 1/H = 4,38·1017 с = 13,9·109 лет
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Ускоряющаяся Вселенная
Мы видим удалённые галактики в далёком прошлом.
Поэтому можно узнать скорость расширения Вселенной в ранние эпохи.
В стандартной физике скорость расширения должна замедляться из-за
противодействия гравитационного поля.
Нобелевская премия по физике 2011 года:
Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt и Adam G. Riess
«за открытие ускоренного расширения Вселенной по наблюдениям
далёких сверхновых звёзд»
6 млрд. лет
По горизонтали: красное смещение z
По вертикали – разность между теоретической
яркостью m и реально наблюдаемой M.
До момента 6 млрд. лет назад Вселенная
замедляла расширение, как ей и положено по
обычной физике. Но после этого она стала
ускоряться!
→ есть новая сущность – тёмная энергия,
которая отвечает за это расширение
http://www.modcos.com/images/articles/den/2011/11/007.jpg
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Гравитационная неустойчивость
Приводит к возникновению видимой структуры мира
Рассматривается однородная среда с учетом поля тяжести и давления вещества.
Было: В МГД-модели плазма рассматривается как сплошная среда.
G•
G
ρ u = −∇P + ρ g
Уравнение движения:
G
G G - скорость среды,
P (r ,t )
u (r ,t )
- давление,
G
ρ (r , t ) = mn
(1)
- плотность
g – аналог вектора E в электродинамике
Электромагнитное
поле
Гравитационное
поле
E = e/r2
f = e/r
E = -gradϕ
Δϕ = −4πρ
g = -Gm/r2
f = -Gm/r
g = -gradϕ
Δϕ = 4πGρ
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Замыкаем систему уравнений
Δϕ = 4πGρ
∂ρ
G
+ div ρ u = 0
∂t
P ~ ργ
Уравнение Пуассона
(2)
Уравнение непрерывности
(3)
Уравнение адиабаты
(4)
Устойчивость структуры исследуется методом малых возмущений
Исходное состояние неподвижное, однородное вещество:
u=0
g=0
ρ = ρ0
P = P0
Вводим малое возмущение:
u = δu
g = δg
ρ = ρ0 + δρ
P = P0 + δP
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Решение системы уравнений
G
G
ρ 0 δu = −∇δP + ρ 0δg
•
− div δ g = 4π Gδρ
∂δρ
G
+ ρ0 div δ u = 0
∂t
Пусть
G
f = div δ u
cs2 = dP/dρ = γP0 /ρ0 – скорость звука
δP/P0= γδρ/ρ
Получим решение системы в виде:
волновое уравнение
∂2 f
2
=
c
s Δf + 4πGρ 0 f
2
∂t
Раскладываем возмущение на гармонические функции:
F″+(k2cs2-ω02)F = 0,
где ω02 =
f = F(t)·exp(-ikr)
4πGρ0
Анализ решения
F ∝ exp(νt), где
ν = ω 02 − k 2 cs2
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Для малых k < kкр возмущения
экспоненциально нарастают → неустойчивость
Для больших k > kкр получаем
колебательные решения → устойчивость
На больших расстояниях преобладает Fтяг
На малых – давление препятствует сжатию
При k=kкр – граница неустойчивости, длина соответствующая kкр:
λ Дж = сs π Gρ
0
- Джинсовская длина волны *
Теория Джинса формально ошибочна, т.к. g ≠ 0 при ρ0 = const →
Однородное распределение плотности нестационарно, т.е. ρ0 = ρ0(t).
Однако, эта теория помогает правильно понять суть процесса.
* J.H. Jeans. The Stability of a Spherical Nebula // Philos. Trans. of the Royal Soc. of London. Ser. A, Vol. 199, pp. 1-53 (1902)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Фрагментация вещества во Вселенной
Скопления галактик ~1012 M⊙
Галактики ~109 M⊙
В процессе остывания
вещества во Вселенной
образовывались структуры
разного масштаба
Шаровые скопления ~106 M⊙
MДж= ρ0(λДж /2)3
– масса Джинса
Ход фрагментации
зависит от начального
спектра возмущений
Звезды M > MДж
Группы звезд ~102 - 103 M ⊙
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Звёзды. Светимость
Основные параметры звезд:
L = 4πR2σTпов4
10-4÷105 L⊙ - различие в миллиард раз!
L⊙ = 3.86⋅1026 Вт - светимость Солнца
Канопус - 4700 L⊙
Арктур - 107 L⊙
Вега - 50 L⊙
Сириус А - 22 L⊙
α Центавра А – 1.6 L⊙
α Центавра В – 0.45 L⊙
Сириус В – 0.002 L⊙
Звёзды. Масса
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
М
0.08÷60 М⊙ - отличие всего на 3 порядка
М⊙ = 1.99⋅1030 кг - масса Солнца
При массах < 0.08 М⊙ температура в центре недостаточна для т/я реакций.
При этом энерговыделение идёт за счёт гравитационного сжатия звезды (●)
При массах > 60 М⊙ звезды оказываются нестабильными
М2
Ближайшие соседи Солнца
М1
Прямые измерения массы звезды
возможны только в двойных системах
(законы Кеплера)
(●)
α Центавра А – 1.09 M⊙
α Центавра В – 0.9 M⊙
Проксима Центавра – 0.11M⊙
коричневый карлик WISEPA J182831.08+265037.8 : Т = 298 K (25 °C), ~30 св. лет
Звёзды. Радиус
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
R
10 км ÷ 1000 R⊙
R⊙ = 6.96⋅105 км - радиус Солнца
Гиганты
Карлики
Солнце
Земля
Арктур
Вега
Канопус
Звезда
Вольфа 457
Антарес
Звезда
40 Эридана В
Равновесие звезды
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
1. Гидродинамическое равновесие
2. Тепловое равновесие
Изображение составлено из 22 отдельных снимков Луны и Солнца, полученных во время полной
фазы солнечного затмения 21 июня 2001 года в Chisamba (Замбия). Автор: Fred Espenak
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Тепловое равновесие
Мощность, выделяемая в звезде = Мощности, излучаемой с поверхности
PизлS = ∫PтяdV
Pтя= n2 <σтяυ>εтя /4
- т.я. мощность из ед. объема
ε тя – энергия одной реакции
σтя – сечение т.я. реакции
Pизл=σT4пов – излучение абс. черн. тела
Pтя
Если «выключить» источник т.я.
энергии внутри Солнца, то
характерное время его остывания
τтепл ∼ 30 млн. лет
Pтя (r=0)⊙ ∼ 20 Вт/м3
<Pтя>⊙ ∼ L⊙ / V⊙ ∼ 0.3 Вт/м3
Через такое время фотон,
рожденный в недрах Солнца
появляется на его поверхности
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Гидродинамическое равновесие
G
− ∇ P + ρg = 0
r
для всех
r:
При P=P(ρ), имеем систему
(пренебрегая излучением)
1 dP
Gm(r )
=−
r2
ρ dr
dm
= 4πρr 2
dr
для P ~ ργ, γ = 4/3
при r → 0, P(r) = P(0) - kr2
при r → R, P(r) ~ (R-r)4
k=const
G G
G
g = 2 m(r ) = 2 4π ∫ ρ (r ′)r ′2 dr ′
r
r
0
P
r
R r
m(r)
При определенной
зависимости P=P(ρ)
не всегда удается
решить задачу для
данной М.
Давление
газа
Сила гравитации
Если бы мгновенно исчезло газовое давление,
то характерное время сжатия звезды
τдинамич ∼ 1 час
В трёхмерном рассмотрении возникают сложные процессы конвекции,
благодаря которым происходит обмен вещества и энергии по радиусу
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Предельная светимость звёзд
Для тяжелых звезд с М ~ 100 М⊙ давление излучения
становится сравнимым с газовым давлением
Fgrav = Frad
Fgrav =
Предел Эддингтона: гравитация уравновешена излучением
GMm p
r
Frad
2
Iσ T
L 8π
=
=
⋅
2
c
4π r 3
2
⎛ e ⎞ 1
⋅
⎜
2 ⎟
⎝ me c ⎠ c
2
Критическая светимость
LEdd =
4π GMm p c
σT
= 1038
M
M:
[эрг/с]
Если светимость звезды больше этого предела, то её верхние слои уже не
могут удерживаться гравитационно, давление света их отрывает и уносит в
космос ⇒ быстрая потеря массы и снижение светимости до порогового уровня
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Тепловая и гравитационная энергия звезд
В равновесии полная энергия звезды отрицательна: W0=Wгр.+Wт< 0
(свойство любых гравитационно связанных систем)
<Wт> + <Wгр.>/2 = 0
W0 = -Wт= Wгр/2
- теорема вириала
Предположим, что мы сообщили звезде энергию (нагрели)
Wгр = -2Wт
δ(Wгр.+Wт ) > 0 , тогда
δ(-2Wт+Wт ) > 0
δWт < 0 – звезда остыла!
Звезды имеют отрицательную
теплоемкость!
Таким образом, излучая, звезды
постепенно разогреваются δWт > 0
Wт
W
δWт<0
t
δW>0
W0
δW0>0
δWгр>0
Wгр
Разогревшись, звезда
расширится и остынет
(нестационарный процесс).
Структура Солнца
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Конвективная зона
Лучистая
теплопроводность
Ядро
температура ~1.5 кэВ,
плотность ~100 г/см3
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Реакции в звёздах и на Солнце
• H + H ⇒ D + e++ ν + γ + 9 MeV
(характерное время
выгорания ≈ 10-100 миллиардов лет)
• e++ e- ⇒ 2γ + 1.02 MeV
• D + H ⇒ 3He + γ + 5.49 MeV
для Солнца:
а дальше варианты
• PP1 (доминирует при 10-14 миллионах градусов K):
3He + 3He ⇒ 4He + H + H + γ + 2.8 MeV
• PP2 (доминирует при 14-23 миллионах градусов K):
3He + 4He ⇒ 7Be + γ
7Be + e- ⇒ 7Li + ν
7Li + H
⇒ 4He + 4He
• PP3 (доминирует выше 23 миллионов градусов K):
3He + 4He ⇒ 7Be + γ
7Be + H
⇒ 8B + γ 
8B ⇒ 8Be + e++ ν
8Be ⇒ 4He + 4He
~ 70%
~ 30%
~ 0.1%
Каждый цикл: 4 протона ⇒ альфа-частица + 2 нейтрино + 26.7 МэВ
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Реакции в звёздах – углеродный цикл
T > 1.8 кэВ
Каждый цикл: 4 протона ⇒
альфа-частица +
2 нейтрино + 26.7 МэВ
цепочки реакций
скорость
1 000 000
1 000
1 000
1
* в процессе CNO-цикла
устанавливается некое
соотношение изотопов
C, N, O, F, не зависящее
от их начального распределения и стационарное во
времени.
* реакция 14N(p,γ)15O - самая
медленная, поэтому она
определяет скорость циклов,
14N - 94% от всех изотопов
легких элементов
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Горение гелия в звёздах
Начинаются при выгорании водорода в ядрах звезд при Т ~20 кэВ
Процесс Солпитера
3 4He → 12C + γ 1 + γ 2 + 7.3 МэВ
(резонанс с участием ядра 8Ве)
Горение гелия обычно происходит в условиях, когда ядро обеднено водородом
и перегрето. Любое перемешивание с верхними слоями, богатыми водородом,
приводит к вспышке реакций (температура ядра намного выше, чем в
“обычном” водородном ядре → реакции идут быстрее). Часто это приводит к
взрывоподобным явлениям и сбросу внешних оболочек звезды.
новая Лебедя (сброс оболочки)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Образование тяжёлых элементов в звёздах
легкие элементы из водородного и Солпитеровского циклов
12С
+ 4He → 16O + γ,
16O
14N
+ 4He → 18F + γ,
18F
18O
+ 4He → 22Ne + γ
+ 4He → 20Ne + γ
+ e+ → 18O + γ,
..........
Неоновый цикл
(горение водорода с продуктами гелиевого цикла - аналог CNO-цикла)
та же схема, ядра 20Ne, 21Na, 21Ne, 22Na, 23Mg, 23Na.
Один из продуктов цикла (24Mg) является источником нейтронов
(образование более тяжелых элементов при нейтронном захвате
с последующим β-распадом)
Самые тяжёлые элементы: при взрыве сверхновых звёзд
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Диаграмма Герцшпрунга - Рассела
цвет
(спектральный класс)
М г.п.
50 М⊙
светимость
10 М⊙
1 М⊙
0.1 М⊙
Эволюция звёзд
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Диаграммы Герцшпрунга - Рассела для скоплений
звёзды в скоплении сформировались в одно и то же время!
самые молодые скопления
самые старые скопления
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
светимость
спектральный класс
абсолютная звёздная величина
Эволюция звезды типа Солнца
1 – сжатие облака межзвёздного газа, ~108 лет
2 – высвечивание гравитационной энергии и начяло т/я реакций
3 – сжигание водорода, ~1010 лет
4 – сжатие ядра и расширение оболочки, горение гелия, ~109 лет
5 – стадия белого карлика
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Белые карлики – вырожденные звезды
Условие вырождения:
λБ ≳ n-1/3
М ∼ М⊙
Т ≲ ħ2n2/3 /2m
R ∼ 10-3÷10-2 R⊙
Невырожденная звезда, начинаем сжимать:
M ∼ mp n R3
P∼ nT
T ∼ GM/R ∼ 1/R
n ∼ 1/R3,
а
n2/3∼ 1/R2
<ρ> ∼ 0.1÷10 тонн/см3
L ∼ 10-3 L⊙
GM2/R2 ∼ P R2
Видно, что в процессе сжатия звезды Т растет медленнее, чем n2/3 ,
поэтому для электронов начинает выполняться условие вырождения
Давление вырожденного электронного газа: (p= n1/3ħ – импульс электрона),
P∼ потоку импульса ∼ p·u·n ∼ n1/3ħ·(n1/3ħ /m)·n ∼ n·(n1/3ħ)2/m
P∼
n5/3ħ2/m
Давление вырожденного
электронного газа не зависит от Т
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Эволюция белых карликов
Подставляя давление вырожденного
электронного газа в уравнение
гидродинамического равновесия
GM2/R2 ∼ PR2 , получим, что
Б.к. светятся в основном за
счет расхода тепловой энергии.
Роль термоядерных реакций в
недрах несущественна.
Rбк ∼ М-1/3
Б. к. образуются из обычных звезд.
После выгорания водорода, гелиевое
ядро сжимается, нагревая внешнюю
оболочку. Возможно именно так
образуются планетарные туманности.
Б.к.
Pт-я,(СО-ядро) ∼ Т40
Планетарная туманность в Водолее
Из-за малой площади поверхности характерное время остывания Б.к.
составляет ∼ 10÷100 млрд. лет (время жизни Вселенной ∼ 15 млрд.лет)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Эволюция массивных звёзд
При больших массах звезды электронный газ становится релятивистским
pe ∼ n1/3ħ ∼ mec
P∼ n4/3
Для вырожденного релятивистского электронного газа
давление газа уже не может обеспечить равновесие Б.к.
Мбк < 1.44 М⊙
- предел Чандрасекара
При массах, больших 1.44 М⊙ образуются нейтронные звезды
Мбк > 2÷3 М⊙
- предел Оппенгеймера-Волкова
При массах, больших 2÷3 М⊙ образуются чёрные дыры
(гравитационный коллапс). Точное значение зависит от известного
пока с не очень хорошей точностью уравнения состояния вещества
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Нейтронные звезды
У массивных звёзд на стадии почти полного «выгорания» ядерного
горючего до железа происходит гравитационный коллапс
Сила тяготения в Н. з. компенсируется давлением
вырожденного газа нейтронов
Возможность существования Н. з.: Л. Д. Ландау
(1932 - сразу же после открытия нейтрона)
Открытие пульсаров: 1968
В результате взрыва сверхновой в 1054 г.
образовалась «Крабовидная туманность»
с радиопульсаром в центре
М ~ 1.5М⊙
tвращ ~ 10÷100 мс
R ~ 10 км
это больше, чем плотность
вещества атомного ядра
ρнз ~ 1015 г/см3
В ~ 1012-1013 Э
Вдоль оси излучаются потоки
релятивистских частиц и фотонов
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Крабовидная туманность
снимки ноября 2009 г. ▪ космические обсерватории Hubble, Chandra, Hershel
видимый
инфракрасный
рентгеновский
композит
цвета условные
http://chandra.harvard.edu/photo/2009/crab/crab.jpg
Поколения звёзд
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Звёзды большой массы: быстрая эволюция, часть обогащённого тяжёлыми
элементами вещества возвращается в межзвёздную среду.
Звёзды малой массы: время существования больше возраста Вселенной.
⇒ из «остатков» вещества первых сверхмассивных звёзд образуются
молодые звёзды следующего поколения. Активное звездообразование
идёт и сейчас в некоторых плотных газопылевых облаках (туманность
Ориона как наиболее известный пример).
Три поколения звёзд
III поколение: звёзды, родившиеся в ранней Вселенной
особенность: практически полное отсутствие тяжёлых элементов
II поколение: их «дети», в составе уже есть некоторое количество тяжёлых
элементов от взрывов сверхновых звёзд поколения III
I поколение: звёзды, родившиеся из остатков предыдущих поколений
доля тяжёлых элементов максимальна. Солнце
одновременно сосуществуют звёзды разных поколений, находящиеся на
разных стадиях жизненного цикла.
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Конечное состояние эволюции звёзд
2009
Конечная масса, М/М⊙
Mg-Ne-O
C-O
He
1
3
Нейтронные звезды
Белые карлики
8
~2
10
~0 ?
~30
е+е- звёзды - ???
1.5
Черные дыры
1
~250 ?
Исходная масса, М/ М⊙
Если М/М⊙ < 0.08, то температура в центре недостаточна для т/я реакций
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Электрон-позитронные звёзды
Сверхяркие звёзды поколения III (первичного): 76% Н + 24% Не + ~0% тяжёлых
Масса: 100-1000 масс Солнца; время жизни ~106 лет.
Если 140M⊙ < M < 260M⊙ - образуется электрон-позитронная звезда !
давление газа ~ T, давление излучения ~ T4, неустойчивость рождения пар
Эволюция Солнца
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Если рассматривать Солнце как термоядерную плазму в гравитационном поле,
то сейчас оно находится в макроскопически стационарном состоянии.
Значит ли это, что на Солнце нет динамических процессов?
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Солнечная атмосфера
анимация составлена из снимков следующих инструментов:
– фотосфера
(поверхность)
- хромосфера
- корона
SoHO-MDI
SoHO-EIT 304 Å
SoHO-EIT 195 Å
SoHO-EIT 171 Å
Yohkoh SXT
В этом месте на лекции демонстрировался видеоролик,
показывающий свечение Солнца в диапазонах от
видимого до рентгеновского – файл
coronal_temperatures.mpg
фильм: S. Poedts, CMSS-2005
Солнечные пятна
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Возникают парами или группами, с противоположным направлением
магнитного поля. Поле в пятнах направлено вертикально. Плазма из области
пятна выталкивается наружу как диамагнетик.
Пятна (Т ~ 3700 К)
полутень
пятно
грануляция (конвекция)
источник: S. Poedts, CMSS-2005
Солнечные циклы
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
11-летний цикл количества
солнечных пятен
наблюдается с ~1700 года.
Особо сильно проявляется
в короне.
Магнитный цикл: 22 года
Последний минимум был
аномально длинным.
S. Poedts, CMSS-2005
http://solarscience.msfc.nasa.gov/images/Zurich_Color_Small.jpg
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Роль магнитного поля
Процессы переноса частиц и энергии в верхней атмосфере и короне
во многом определяются наличием и структурой магнитного поля
Механизм: магнитное динамо + дифференциальное вращение
Среднее поле: 1-2 Гс (изменяется), поле в пятнах: до ~1 кГс
чёрный и белый цвет означают разное направление поля
источник: S. Poedts, CMSS-2005
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Активные области Солнца
кинофильм из отдельных снимков спутника TRACE
источник: Lockheed Martin
В этом месте на лекции демонстрировался видеоролик,
показывающий активные области Солнца – файл
tracemovie1.mpg
источник: S. Poedts, CMSS-2005
Солнечный ветер
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
кинофильм за октябрь-ноябрь 2003 года
источник: ESA
В этом месте на лекции демонстрировался видеоролик,
показывающий солнечный ветер – файл
c3_octnov2003.mpeg
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Магнитосфера Земли и солнечный ветер
рисунок: J. L. Green
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Магнитосфера Земли: подробности
рисунок: J. L. Green
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Радиационные пояса Земли
внутренний радиационный пояс на высоте ~ 4 000 км,
состоит преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ;
внешний радиационный пояс на высоте ~ 17 000 км,
состоит преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.
радиационные пояса
Частицы удерживаются магнитным полем аналогично тому,
как это происходит в открытой ловушке!
рисунок: J. L. Green
Северное сияние
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
http://img12.nnm.ru/imagez/gallery/d/2/6/6/1/d26618c77804cf10d0b6b0cb1f595787_full.jpg
Земля
красное свечение: кислород, ~400-250 км
зелёное свечение: азот, до ~110 км
Сатурн (UV, снимок HST)
Юпитер (UV, снимок HST)
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Процессы в верхней атмосфере
В последние десятилетия обнаружены быстрые высотные (50-200 км) явления
в атмосфере: спрайты (sprites), эльфы (elves), молнии из облаков вверх и др.
Blue jet (молния вверх из облака)
спрайт на высоте 60-80 км
ELVE на высоте 100 км (Ø до 400 км!)
Jason Ahrns, http://farm8.staticflickr.com/7437/9448221189_3cf66360f9_b.jpg
http://www.ec.gc.ca/foudrelightning/default.asp?lang=En&n=4C75E263-1
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Граница Солнечной системы
Гелиосфера - это область пространства вокруг Солнца, заполненная
солнечным ветром и солнечными магнитными полями.
Геометрия гелиосферы
«свечение» неба в потоке нейтрального
водорода с энергией 0,9-1,5 кэВ * IBEX
http://www.tesis.lebedev.ru//files/Image/heliosph.gif
http://ibex.swri.edu/ * 15.10.2009
Конец темы 16
В.В.Поступаев * Физика плазмы, тема 16
Плазма в космосе. Фрагментация Вселенной.Параметры звёзд.
Гидродинамическое и тепловое равновесие. Термоядерные
реакции в звёздах. Вырождение плазмы в звёздах. Диаграмма
Герцшпрунга-Рассела. Эволюция звёзд. Атмосфера Солнца.
Активные процессы на Солнце. Солнечный ветер. Магнитосфера
Земли.