Plasma luar angkasa. Ensiklopedia bagus tentang minyak dan gas

Pernahkah Anda memikirkan apa saja yang terkandung di ruang antarbintang atau antargalaksi? Di ruang angkasa terdapat kekosongan teknis, dan oleh karena itu tidak ada sesuatu pun yang tertampung (bukan dalam arti absolut bahwa tidak ada sesuatu pun yang tertampung, namun di dalamnya dalam arti relatif). Dan Anda benar, karena rata-rata di ruang antarbintang terdapat sekitar 1000 atom per sentimeter kubik dan sangat jarak yang sangat jauh massa jenis zat dapat diabaikan. Tapi di sini semuanya tidak begitu sederhana dan tidak ambigu. Distribusi spasial medium antarbintang tidaklah sepele. Selain struktur galaksi umum, seperti galaksi batang dan lengan spiral, terdapat juga awan dingin dan hangat yang dikelilingi oleh gas yang lebih panas. Di medium antarbintang (ISM) jumlah yang sangat besar struktur: awan molekul raksasa, nebula refleksi, nebula protoplanet, nebula planet, butiran, dll. Hal ini mengarah pada berbagai manifestasi dan proses pengamatan yang terjadi di lingkungan. Daftar berikut mencantumkan struktur yang ada di MZS:

• Gas koroner
• Daerah HII yang terang
• Zona HII Kepadatan Rendah
• Lingkungan lintas cloud
• Daerah hangat HAI
• Kondensasi maser
• Awan Hai
• Awan molekul raksasa
• Awan molekuler
• Tetesan

Plasma terdiri dari partikel bermuatan dan netral. Partikel bermuatan positif adalah ion positif dan lubang (plasma benda padat), dan partikel bermuatan negatif adalah elektron dan ion negatif. Pertama-tama, perlu diketahui konsentrasi suatu jenis partikel tertentu. Plasma dianggap terionisasi lemah jika derajat ionisasinya sama dengan

Dimana konsentrasi elektron, adalah konsentrasi seluruh partikel netral dalam plasma, terletak pada kisaran tersebut. Dan plasma yang terionisasi penuh memiliki derajat ionisasi

Namun seperti disebutkan di atas, tidak semua gas yang terionisasi adalah plasma. Plasma harus memiliki properti kuasi-netralitas, yaitu. rata-rata dalam jangka waktu yang cukup lama dan cukup jarak jauh plasma umumnya netral. Tapi berapa interval waktu dan jarak di mana gas dapat dianggap sebagai plasma?

Jadi, syarat kuasi netralitas adalah sebagai berikut:

Oleh karena itu, wajar jika kebalikan dari frekuensi Langmuir sebagai skala waktu pemisahan muatan

Namun evaluasi skala spasial juga perlu dilakukan untuk menunjukkan secara akurat bahwa ruang angkasa adalah plasma. Dari pertimbangan fisik jelas bahwa skala spasial ini ditentukan oleh lamanya gangguan kepadatan partikel bermuatan dapat bergeser akibat gerakan termalnya seiring waktu, sama dengan periodenya osilasi plasma. Dengan demikian, skala spasialnya sama dengan

Jadi, kita mendapatkan panjangnya, yang dalam fisika disebut radius atau panjang Debye elektron.

Sekarang saya akan menunjukkan derivasi persamaan Debye yang lebih teliti. Mari kita bayangkan lagi N elektron, yang berada di bawah pengaruh medan listrik, dipindahkan dengan jumlah tertentu. Dalam hal ini terbentuk lapisan muatan ruang dengan massa jenis sama dengan , dimana adalah muatan elektron dan konsentrasi elektron. Rumus Poisson terkenal dari elektrostatika

Di medium antarbintang, panjang Debye sekitar 10 meter, di medium antargalaksi sekitar meter. Kami melihat itu sudah cukup jumlah besar, dibandingkan, misalnya, dengan dielektrik. Ini berarti bahwa medan listrik merambat tanpa redaman pada jarak ini, mendistribusikan muatan ke dalam lapisan bermuatan volumetrik, yang partikel-partikelnya berosilasi di sekitar posisi kesetimbangan dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi Langmuir.

Dari artikel ini kita mempelajari dua besaran pokok yang menentukan apakah lingkungan luar angkasa plasma, meskipun faktanya kepadatan medium ini sangat rendah dan ruang secara keseluruhan sangat rendah vakum fisik dalam skala makroskopis. Pada skala lokal kita memiliki gas, debu, atau plasma

Tag:

• plasma
• fisika
• ruang angkasa

Atom helium antarbintang mewakili sumber informasi unik tentang parameter medium antarbintang lokal yang mengelilingi heliosfer - wilayah tersebut luar angkasa sibuk angin matahari. Pada tahun 1990–2007 fluks atom helium antarbintang diukur pada pesawat ruang angkasa"Ulysses" (Ulysses). Dan sejak 2009, fluks ini telah diukur pada pesawat ruang angkasa Amerika Interstellar Boundary Explorer (IBEX), yang tujuan utamanya adalah untuk mendiagnosis sifat-sifat batas heliosfer dari jarak jauh.

Akademisi Lev Matveevich Zeleny, direktur institut penelitian luar angkasa(IKI) dalam percakapan dengan pemimpin redaksi majalah tersebut berbicara tentang peran cuaca antariksa dalam eksplorasi ruang angkasa dan tentang penelitian yang sangat membatasi durasi tinggal di luar angkasa.

Pencegahan. Disiarkan mulai 22/06/2011

Ilmuwan politik Dmitry Abzalov membantu untuk memahami alasannya " Rusia Bersatu" mengusulkan untuk menghidupkan kembali polisi. Para presenter mendiskusikan peran Front Populer Seluruh Rusia dalam pemilihan gubernur. Anatoly Petrukovich, perwakilan dari Institut Penelitian Luar Angkasa dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, berbicara tentang apa itu badai magnet dan betapa berbahayanya hal tersebut bagi kita. Ansambel" Lingkaran Cossack" membawakan lagu perang alternatif.

Misi Cluster, Bangkit dari Api Seperti Phoenix

Setelah peluncuran pertama roket Ariane-5 yang gagal, yang hampir jatuh pada peluncuran bulan Juni 1996, sistem Cluster empat satelit Eropa badan antariksa akhirnya diluncurkan pada musim panas tahun 2000 oleh kapal induk Soyuz-Fregat dari Kosmodrom Baikonur. Tujuan dari misi Cluster adalah untuk menjelajahi magnetosfer bumi dan menentukan bagaimana aktivitas matahari mempengaruhinya.

Kuartet "Cluster" mengeksplorasi misteri magnetosfer

Misi Cluster empat satelit memungkinkan pengukuran identik dilakukan pada empat titik di ruang angkasa sekaligus (untuk pertama kalinya dalam sejarah penelitian magnetosfer!)*. Berkat ini, eksplorasi dapat dilakukan struktur tiga dimensi objek, menentukan kepadatan arus dan, yang paling penting, memisahkan efek spasial dan temporal dalam pengamatan fenomena yang sedang dipelajari.

>>Fisika: Plasma

Sekarang Anda akan mengenal wujud materi keempat - plasma. Kondisi ini tidak eksotik. Mayoritas materi di alam semesta berada dalam bentuk plasma.
Sangat suhu rendah semua zat berada dalam keadaan padat. Pemanasannya menyebabkan peralihan zat dari padat ke cair. Peningkatan suhu lebih lanjut menyebabkan transformasi cairan menjadi gas.
Bila cukup suhu tinggi ionisasi gas dimulai karena tumbukan atom atau molekul yang bergerak cepat. Zat tersebut masuk ke dalam keadaan baru yang disebut plasma. Plasma adalah gas terionisasi sebagian atau seluruhnya dengan kepadatan lokal positif dan muatan negatif praktis bertepatan. Jadi, plasma secara keseluruhan adalah sistem yang netral secara listrik. Tergantung pada kondisinya, derajat ionisasi plasma (perbandingan jumlah atom yang terionisasi dengan atomnya nomor penuh) mungkin berbeda-beda. Tidak ada atom netral dalam plasma yang terionisasi penuh.
Seiring dengan pemanasan, ionisasi gas dan pembentukan plasma dapat disebabkan oleh berbagai radiasi atau pemboman atom gas oleh partikel bermuatan cepat. Ini menghasilkan apa yang disebut plasma suhu rendah.
Sifat plasma. Plasma memiliki sejumlah sifat spesifik, yang memungkinkan kita menganggapnya sebagai materi keempat yang istimewa.
Karena mobilitasnya yang tinggi, partikel plasma bermuatan mudah bergerak di bawah pengaruh medan listrik dan magnet. Oleh karena itu, setiap pelanggaran terhadap netralitas listrik di masing-masing area plasma yang disebabkan oleh akumulasi partikel dengan tanda muatan yang sama akan segera dihilangkan. Medan listrik yang dihasilkan menggerakkan partikel bermuatan hingga netralitas listrik pulih dan medan listrik menjadi sama dengan nol.
Berbeda dengan gas netral, di antara molekul-molekulnya terdapat gaya jarak pendek, di antara partikel plasma bermuatan terdapat gaya Coulomb, yang berkurang relatif lambat seiring bertambahnya jarak. Setiap partikel segera berinteraksi dengannya sejumlah besar partikel di sekitarnya. Oleh karena itu, bersama dengan gerakan acak (termal), partikel plasma dapat berpartisipasi dalam berbagai gerakan yang teratur (kolektif). Mudah tereksitasi dalam plasma berbagai jenis getaran dan gelombang.
Konduktivitas plasma meningkat seiring dengan meningkatnya derajat ionisasinya. Pada suhu tinggi, plasma terionisasi penuh mendekati superkonduktor dalam hal konduktivitasnya.
Plasma di luar angkasa. Sebagian besar (sekitar 99%) materi di alam semesta berada dalam bentuk plasma. Karena suhu tinggi Matahari dan bintang-bintang lainnya sebagian besar terdiri dari plasma yang terionisasi penuh.
Media antarbintang yang mengisi ruang antara bintang dan galaksi juga terdiri dari plasma. Kepadatan medium antarbintang sangat rendah - rata-rata kurang dari satu atom per 1 cm 3. Ionisasi atom dalam medium antarbintang disebabkan oleh radiasi dari bintang dan sinar kosmik- aliran partikel cepat menembus ruang Semesta ke segala arah. Berbeda dengan plasma panas bintang, suhu plasma antarbintang sangat rendah.
Planet kita juga dikelilingi oleh plasma. Lapisan atas atmosfer pada ketinggian 100-300 km merupakan gas terionisasi - ionosfir. Ionisasi udara masuk lapisan atas Atmosfer terutama disebabkan oleh radiasi Matahari dan aliran partikel bermuatan yang dipancarkan Matahari. Di atas ionosfer terbentang sabuk radiasi bumi, yang ditemukan oleh satelit. Sabuk radiasi juga terdiri dari plasma.
Plasma memiliki banyak sifat elektron bebas dalam logam. Berbeda dengan plasma konvensional, plasma padat ion positif tidak dapat menyebar ke seluruh tubuh.
Gas yang terionisasi sebagian atau seluruhnya disebut plasma. Bintang terbuat dari plasma. Memperluas aplikasi teknis plasma

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fisika kelas 10

Jika Anda memiliki koreksi atau saran untuk pelajaran ini,

Fitur Utama kondisi fisik medium antarbintang (ISM) sangat luar biasa kepadatan rendah. Nilai tipikalnya adalah 0,1-1000 atom per meter kubik. cm, dan pada karakteristik kecepatan molekul sekitar 10 km/s, waktu tumbukan antar partikel mencapai puluhan dan ribuan tahun. Waktu ini jauh lebih lama dibandingkan dengan karakteristik masa hidup atom dalam keadaan tereksitasi (pada tingkat yang diperbolehkan - pada urutan c). Akibatnya, foton yang diserap oleh atom memiliki waktu untuk dipancarkan kembali dari tingkat tereksitasi, kemungkinan penyerapan sebenarnya kuanta non-pengion oleh atom ISM (ketika energi foton yang diserap menjadi energi kinetik pergerakan partikel yang kacau) sangat kecil.

Garis serapan menjadi dapat dibedakan dengan latar belakang spektrum kontinu (kontinum) yang sudah berada pada ketebalan optik di tengah garis . Penampang serapan berhubungan dengan kedalaman optik melalui hubungan tersebut dimana adalah jumlah atom pada garis pandang. Karena sebuah atom yang menyerap dalam suatu garis dapat direpresentasikan sebagai osilator harmonik dengan redaman, kemudian perhitungan mekanika klasik dan kuantum memberikan penampang serapan untuk profil tersebut

4.1.1 Kurangnya kesetimbangan termodinamika lokal

Transparansi ISM terhadap radiasi akan ditentukan oleh sifat fisik paling penting dari plasma antarbintang - ketiadaan kesetimbangan termodinamika lokal(LTR). Mari kita ingat itu dalam kondisi kesetimbangan termodinamika lengkap semua proses maju dan mundur terjadi pada kecepatan yang sama (yang disebut prinsip keseimbangan terperinci) dan hanya ada satu nilai suhu yang menentukan keadaan fisik lingkungan (SDR lokal berarti bahwa pada setiap titik ada keseimbangan terperinci dan mempertahankan SDR , tetapi suhu merupakan fungsi koordinat dan waktu) 4.2.

Perkiraan LTE bekerja dengan baik dalam kasus ketebalan optik yang besar (misalnya, di bagian dalam bintang), dan efek non-LTE hanya terlihat dengan (misalnya, di fotosfer bintang, tempat foton bebas lepas ke luar angkasa) .

DI DALAM medium antarbintang konsentrasi atomnya rendah, partikel per kubik cm, ketebalan optik kecil dan LTE tidak dilakukan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa (a) suhu radiasi di ISM (terutama radiasi bintang) adalah K yang tinggi, dan suhu elektron dan ion plasma ditentukan oleh tumbukan partikel dan dapat sangat berbeda dari suhu radiasi. Distribusi atom dan ion pada populasi tingkat ditentukan oleh keseimbangan proses ionisasi dan rekombinasi, namun, tidak seperti LTE, prinsip keseimbangan terperinci tidak terpenuhi. Misalnya, di pendekatan koronal(batas kepadatan partikel rendah, namanya berasal dari keadaan fisik plasma di mahkota matahari) ionisasi atom dilakukan melalui tumbukan elektron, dan de-eksitasi dilakukan melalui transisi radiasi spontan di zona HII dan masuk quasar, gas diionisasi oleh radiasi UV keras dari sumber pusat dan populasi levelnya ditentukan oleh proses rekombinasi radiasi. Dalam contoh-contoh ini, proses elementer maju dan mundur mempunyai sifat yang berbeda, sehingga kondisinya jauh dari keseimbangan. Namun, bahkan dalam plasma kosmik yang sangat dijernihkan, distribusi kecepatan elektron Maxwellian terjadi (dengan suhunya sendiri) dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada waktu karakteristik antara tumbukan partikel akibat interaksi jarak jauh. Pasukan Coulomb 4.3 Oleh karena itu, untuk mendistribusikan partikel berdasarkan energi, kita dapat menggunakan rumus Boltzmann.

4.1.2 Medan magnet beku

Komponen terpenting ISM, yang sangat menentukan dinamikanya, adalah medan magnet galaksi berskala besar. Nilai rata-rata medan magnet Galaksi di sekitar Gs. Dalam kondisi plasma kosmik, medan magnet di sebagian besar situasi beku pada hari Rabu. Pembekuan medan magnet dalam suatu medium berarti kekekalan fluks magnet melalui rangkaian penghantar tertutup selama deformasinya: . Dalam kondisi laboratorium, kekekalan fluks magnet terjadi di lingkungan dengan konduktivitas tinggi 4.4. Namun, dalam kondisi plasma kosmik, dimensi karakteristik besar dari kontur yang dipertimbangkan dan, oleh karena itu, waktu peluruhan medan magnet yang lama dibandingkan dengan waktu proses yang diteliti menjadi lebih signifikan. Mari kita tunjukkan. Mari kita perhatikan volume plasma di mana arus mengalir dengan kepadatan (kerapatan arus adalah kekuatan arus per satuan luas, tegak lurus terhadap arah saat ini). Menurut persamaan Maxwell, arus menghasilkan medan magnet. Arus dalam plasma dengan konduktivitas terbatas berkurang karena kehilangan Joule yang terkait dengan tumbukan elektron dengan ion. Kalor yang dilepaskan per satuan waktu dalam satuan volume plasma adalah . Energi magnet per satuan volume adalah . Akibatnya, waktu karakteristik disipasi energi magnet menjadi panas (dan redaman medan yang sesuai) dalam volume dengan ukuran karakteristik ditentukan sebagai

Pembekuan medan magnet ke dalam plasma merupakan perkiraan yang baik di hampir semua situasi astrofisika (bahkan dalam proses dinamis keruntuhan inti bintang karena waktu karakteristik yang singkat). Namun, pada skala kecil, perkiraan ini mungkin tidak berlaku, terutama pada skala perubahan mendadak bidang. Tempat-tempat ini dicirikan oleh tikungan tajam garis-garis medan magnet.

4.1.3 Jalur terlarang

Ciri khas radiasi yang timbul pada medium yang dijernihkan secara optik tipis adalah kemungkinan radiasi masuk garis terlarang atom. Dilarang garis spektral- garis yang terbentuk selama transisi atom dari tingkat metastabil (yaitu dilarang oleh aturan seleksi untuk transisi dipol listrik). Karakteristik masa hidup suatu atom dalam keadaan metastabil adalah dari s hingga beberapa. hari atau lebih. Pada konsentrasi partikel yang tinggi (dalam atmosfer bumi, cm di fotosfer matahari) tumbukan partikel menghilangkan eksitasi atom dan garis terlarang tidak teramati.

Memang benar, mari kita perhatikan garis yang terbentuk selama transisi dari tingkat ke tingkat dengan probabilitas transisi (jumlah transisi per satuan waktu) yang muncul dari volume plasma yang tipis secara optik. Luminositas Garis

Di mana - energi satu foton, , - konsentrasi relatif ion unsur X pada tingkat, - kelimpahan unsur X relatif terhadap hidrogen. Karena kemungkinannya rendah, garis terlarang menjadi sangat lemah. Dalam kondisi LTE, populasi level ditentukan oleh rumus Boltzmann dan tidak bergantung pada konsentrasi elektron.

Situasinya berbeda pada kondisi kepadatan rendah. Pertimbangkan, misalnya, pendekatan koronal, ketika ionisasi atom hanya dilakukan melalui tumbukan elektron. Dengan distribusi kecepatan Maxwellian, fraksi elektron dengan energi cukup untuk menggairahkan tingkat ke-th . Frekuensi tumbukan yang menimbulkan eksitasi adalah ([cm/s] adalah laju eksitasi atom ke tingkat ke-th akibat tumbukan elektron, per satuan volume). Probabilitas total peluruhan radiasi suatu level ke level lainnya , dan dari keseimbangan eksitasi-peluruhan kita memperoleh konsentrasi relatif

Jelas bahwa (1) dan (2) faktor percabangan dapat berorde 1 (misalnya, untuk tingkat tereksitasi yang lebih rendah). Artinya daya radiasi pada garis ijin dan garis terlarang pada aproksimasi koronal harus mempunyai orde yang sama dan bergantung pada besarnya.