Kosminė plazma. Puiki naftos ir dujų enciklopedija

Ar kada nors pagalvojote apie tai, kas yra tarpžvaigždinėje ar tarpgalaktinėje erdvėje? Erdvėje yra techninis vakuumas, todėl nieko nėra (ne absoliučia prasme, kad nieko nėra, bet santykine prasme). Ir jūs būsite teisūs, nes vidutiniškai tarpžvaigždinėje erdvėje yra apie 1000 atomų kubinis centimetras ir labai didžiuliai atstumai medžiagos tankis yra nereikšmingas. Tačiau čia viskas nėra taip paprasta ir nedviprasmiška. Erdvinis tarpžvaigždinės terpės pasiskirstymas nėra trivialus. Be bendrų galaktikos struktūrų, tokių kaip galaktikų juostos ir spiralinės rankos, taip pat yra atskirų šaltų ir šiltų debesų, apsuptų karštesnių dujų. Tarpžvaigždinėje terpėje (ISM) didžiulė suma struktūros: milžiniški molekuliniai debesys, atspindžio ūkai, protoplanetiniai ūkai, planetiniai ūkai, rutuliukai ir tt Tai lemia daugybę stebėjimo apraiškų ir aplinkoje vykstančių procesų. Šiame sąraše pateikiamos MZS struktūros:

• Koroninės dujos
• Šviesūs HII regionai
• Mažo tankio HII zonos
• Kryžminė debesų aplinka
• Šiltos zonos Sveiki
• Maserio kondensatas
• Debesys HI
• Milžiniški molekuliniai debesys
• Molekuliniai debesys
• Globuliai

Plazma susideda iš įkrautų ir neutralių dalelių. Teigiamai įkrautos dalelės yra teigiami jonai ir skyles (kieto kūno plazma), o neigiamo krūvio dalelės yra elektronai ir neigiamų jonų. Visų pirma, būtina žinoti tam tikro tipo dalelių koncentracijas. Plazma laikoma silpnai jonizuota, jei vadinamasis jonizacijos laipsnis yra lygus

Kur yra elektronų koncentracija, yra visų neutralių dalelių koncentracija plazmoje, yra diapazone. Ir visiškai jonizuota plazma turi tam tikrą jonizacijos laipsnį

Tačiau, kaip minėta aukščiau, ne visos jonizuotos dujos yra plazma. Būtina, kad plazma turėtų savybę kvazineutralumas, t.y. vidutiniškai per pakankamai ilgą laiką ir pakankamai dideli atstumai plazma paprastai buvo neutrali. Bet kokie yra šie laiko intervalai ir atstumai, per kuriuos dujos gali būti laikomos plazma?

Taigi kvazineutralumo reikalavimas yra toks:

Taigi, natūralu, kad įkrovos atskyrimo laiko skalė yra Langmuir dažnio atvirkštinė vertė

Tačiau norint tiksliai parodyti, kad erdvė yra plazma, būtina įvertinti ir erdvines skales. Remiantis fiziniais sumetimais, aišku, kad šią erdvinę skalę lemia ilgis, iki kurio gali pasislinkti įkrautų dalelių tankio sutrikimas dėl jų terminio judėjimo laikui bėgant, lygus laikotarpiui plazmos svyravimai. Taigi erdvinis mastelis yra lygus

Taigi, mes gavome ilgį, kuris fizikoje vadinamas elektronas Debye spindulys arba ilgis.

Dabar parodysiu griežtesnį Debye lygties išvedimą. Dar kartą įsivaizduokime N elektronų, kurie, veikiami elektrinio lauko, yra išstumti tam tikru dydžiu. Šiuo atveju susidaro erdvės krūvio sluoksnis, kurio tankis lygus , kur yra elektrono krūvis ir elektronų koncentracija. Puasono formulė gerai žinoma iš elektrostatikos

Tarpžvaigždinėje terpėje Debye ilgis yra apie 10 metrų, tarpgalaktinėje terpėje apie metrus. Matome, kad užtenka dideli kiekiai, palyginti, pavyzdžiui, su dielektrika. Tai reiškia, kad šiais atstumais elektrinis laukas sklinda be susilpnėjimo, paskirstydamas krūvius į tūrinius įkrautus sluoksnius, kurių dalelės svyruoja aplink pusiausvyros padėtis dažniu, lygiu Langmuir dažniui.

Iš šio straipsnio sužinojome du pagrindinius dydžius, kurie lemia, ar erdvės aplinka plazma, nepaisant to, kad šios terpės tankis yra itin mažas, o erdvė kaip visuma fizinis vakuumas makroskopiniu mastu. Vietiniu mastu turime tiek dujų, dulkių, tiek plazma

Žymos:

• plazma
• fizika
• erdvė

Tarpžvaigždiniai helio atomai yra unikalus informacijos šaltinis apie vietinės tarpžvaigždinės terpės, supančios heliosferą - regioną, parametrus. kosminė erdvė užimtas saulės vėjas. 1990–2007 metais buvo išmatuoti tarpžvaigždinių helio atomų srautai erdvėlaivis"Ulisas" (Ulisas). O nuo 2009 metų šie srautai buvo matuojami amerikiečių erdvėlaivyje Interstellar Boundary Explorer (IBEX), kurio pagrindinis tikslas – nuotoliniu būdu diagnozuoti heliosferos ribos savybes.

Akademikas Levas Matvejevičius Zeleny, instituto direktorius kosmoso tyrimai(IKI) pokalbyje su žurnalo vyriausiąja redaktore kalbėjo apie kosminių orų vaidmenį kosmoso tyrinėjimuose ir apie tyrimus, kurie labai apribojo buvimo kosmose trukmę.

Prevencija. Transliacija nuo 2011-06-22

Politologas Dmitrijus Abzalovas padeda suprasti, kodėl " Vieningoji Rusija“ pasiūlė atgaivinti policiją. Vedėjai diskutuoja apie visos Rusijos liaudies fronto vaidmenį gubernatoriaus rinkimuose. Apie tai, kas tai yra, pasakoja Rusijos mokslų akademijos Kosmoso tyrimų instituto atstovas Anatolijus Petrukovičius. magnetinės audros ir kokie jie mums pavojingi. Ansamblis" Kazokų ratas“ atlieka alternatyvias karo dainas.

Klasterio misija, kylanti iš ugnies kaip feniksas

Po pirmojo nesėkmingo raketos Ariane-5 paleidimo, kuris sudužo beveik 1996 m. birželio mėn. paleidimo metu, Europos keturių palydovų klasterių sistema. kosmoso agentūra pagaliau 2000 m. vasarą paleido Sojuz-Fregat vežėjai iš Baikonūro kosmodromo. Klasterio misijos tikslas – ištirti Žemės magnetosferą ir nustatyti, kaip ją veikia saulės aktyvumas.

Kvartetas „Cluster“ tyrinėja magnetosferos paslaptis

Keturių palydovų klasterio misija leidžia vienu metu atlikti identiškus matavimus keturiuose erdvės taškuose (pirmą kartą magnetosferos tyrimų istorijoje!)*. Dėl to galima tyrinėti trimatė struktūra objektus, nustatyti srovės tankį ir, svarbiausia, atskirti erdvinius ir laiko efektus stebint tiriamus reiškinius.

>>Fizika: plazma

Dabar susipažinsite su ketvirtąja materijos būsena – plazma. Ši sąlyga nėra egzotiška. Didžioji dalis materijos Visatoje yra plazmos būsenoje.
Labai žemos temperatūros visos medžiagos yra kietos būsenos. Jų kaitinimas sukelia medžiagų perėjimą iš kietų į skystą. Toliau didėjant temperatūrai, skysčiai virsta dujomis.
Kai pakanka aukšta temperatūra dujų jonizacija prasideda dėl greitai judančių atomų ar molekulių susidūrimų. Medžiaga pereina į naują būseną, vadinamą plazma. Plazma yra iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos, kuriose vietinis tankis yra teigiamas ir neigiami krūviai praktiškai sutampa. Taigi plazma kaip visuma yra elektriškai neutrali sistema. Priklausomai nuo sąlygų, plazmos jonizacijos laipsnis (jonizuotų atomų skaičiaus ir jų skaičiaus santykis visas numeris) gali skirtis. Visiškai jonizuotoje plazmoje nėra neutralių atomų.
Kartu su kaitinimu dujų jonizaciją ir plazmos susidarymą gali sukelti įvairi spinduliuotė arba dujų atomų bombardavimas greitai įkrautomis dalelėmis. Taip susidaro vadinamieji žemos temperatūros plazma.
Plazmos savybės. Plazma turi nemažai specifinių savybių, todėl ją galima laikyti ypatinga, ketvirtąja materijos būsena.
Dėl didelio mobilumo įkrautos plazmos dalelės lengvai juda veikiamos elektrinių ir magnetinių laukų. Todėl bet koks atskirų plazmos sričių elektrinio neutralumo pažeidimas, atsiradęs dėl to paties krūvio ženklo dalelių kaupimosi, greitai pašalinamas. Susidarantys elektriniai laukai judina įkrautas daleles, kol atstatomas elektrinis neutralumas ir tampa elektrinis laukas lygus nuliui.
Skirtingai nuo neutralių dujų, tarp kurių molekulių veikia trumpojo nuotolio jėgos, tarp įkrautų plazmos dalelių yra Kulono jėgos, kurios, didėjant atstumui, mažėja santykinai lėtai. Kiekviena dalelė iš karto sąveikauja su didelis skaičius aplinkines daleles. Dėl šios priežasties, kartu su atsitiktiniu (terminiu) judėjimu, plazmos dalelės gali dalyvauti įvairiuose organizuotuose (kolektyviniuose) judesiuose. Lengvai sužadinamas plazmoje įvairių rūšių vibracijos ir bangos.
Plazmos laidumas didėja didėjant jos jonizacijos laipsniui. Esant aukštai temperatūrai, visiškai jonizuota plazma savo laidumu priartėja prie superlaidininkų.
Plazma kosmose. Didžioji dauguma (apie 99%) materijos Visatoje yra plazmos būsenoje. Dėl aukšta temperatūra Saulė ir kitos žvaigždės daugiausia sudarytos iš visiškai jonizuotos plazmos.
Tarpžvaigždinė terpė, užpildanti erdvę tarp žvaigždžių ir galaktikų, taip pat susideda iš plazmos. Tarpžvaigždinės terpės tankis yra labai mažas - vidutiniškai mažiau nei vienas atomas 1 cm 3. Atomų jonizaciją tarpžvaigždinėje terpėje sukelia žvaigždžių spinduliuotė ir kosminiai spinduliai- greitų dalelių srautai, skverbiasi į Visatos erdvę visomis kryptimis. Priešingai nei karštoje žvaigždžių plazmoje, tarpžvaigždinės plazmos temperatūra yra labai žema.
Mūsų planeta taip pat yra apsupta plazmos. Viršutinis atmosferos sluoksnis 100-300 km aukštyje yra jonizuotos dujos - jonosfera. Oro jonizacija viduje viršutinis sluoksnis Atmosferą pirmiausia sukelia Saulės spinduliuotė ir Saulės skleidžiamas įkrautų dalelių srautas. Virš jonosferos driekiasi Žemės radiacijos juostos, kurias atrado palydovai. Radiacijos diržai taip pat susideda iš plazmos.
Plazmos turi daug savybių laisvųjų elektronų metaluose. Skirtingai nuo įprastos plazmos, plazmos kietas teigiami jonai negali keliauti po visą kūną.
Iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos vadinamos plazma. Žvaigždės pagamintos iš plazmos. Besiplečiantis techninis pritaikymas plazma

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovcevas, N.N.Sotskis, fizika 10 kl.

Jei turite šios pamokos pataisymų ar pasiūlymų,

Pagrindinė funkcija fizinę būklę tarpžvaigždinė terpė (ISM) jos itin mažas tankis. Įprastos vertės yra 0,1–1000 atomų kubiniame metre. cm, o esant būdingam molekuliniam greičiui apie 10 km/s, atskirų dalelių susidūrimo laikas siekia dešimtis ir tūkstančius metų. Šis laikas yra daug kartų ilgesnis nei būdingas atomų gyvavimo laikas sužadintose būsenose (leistinais lygiais - c tvarka). Vadinasi, atomo sugertas fotonas turi laiko vėl būti išspinduliuotas iš sužadinto lygio, tikimybę, kad ISM atomai sugers nejonizuojančius kvantus (kai absorbuoto fotono energija patenka į kinetinė energija chaotiškas dalelių judėjimas) yra itin mažas.

Sugerties linija tampa atskiriama ištisinio spektro (kontinuumo) fone jau esant optiniam storiui linijos centre . Sugerties skerspjūvis yra susijęs su optiniu gyliu pagal ryšį kur yra atomų skaičius regėjimo linijoje. Nes linijoje sugeriantis atomas gali būti pavaizduotas kaip harmoninis osciliatorius su slopinimu, tada tiek klasikiniai, tiek kvantiniai mechaniniai skaičiavimai pateikia profilio sugerties skerspjūvį

4.1.1 Vietinės termodinaminės pusiausvyros nebuvimas

ISM skaidrumą spinduliuotei lems svarbiausia tarpžvaigždinės plazmos fizikinė savybė – nebuvimas. vietinė termodinaminė pusiausvyra(LTR). Prisiminkime tai sąlygomis visiška termodinaminė pusiausvyra visi tiesioginiai ir atvirkštiniai procesai vyksta vienodais greičiais (vadinamasis detalaus balanso principas) ir yra tik viena temperatūros reikšmė, kuri lemia fizinę aplinkos būklę (vietinis SDR reiškia, kad kiekviename taške egzistuoja detali pusiausvyra ir palaiko SDR , bet temperatūra yra koordinačių ir laiko funkcija) 4.2.

LTE aproksimacija gerai veikia esant dideliam optiniam storiui (pavyzdžiui, žvaigždžių viduje), o ne LTE efektai tampa pastebimi tik su (pavyzdžiui, žvaigždžių fotosferose, iš kurių fotonai laisvai išeina į kosmosą) .

IN tarpžvaigždinė terpė atomų koncentracija maža, dalelių kub cm, optiniai storiai nedideli ir LTE nevykdoma. Taip yra dėl to, kad (a) ISM spinduliuotės temperatūra (daugiausia žvaigždžių spinduliuotė) yra aukšta K, o plazmos elektronų ir jonų temperatūras lemia dalelių susidūrimai ir jos gali labai skirtis nuo spinduliavimo temperatūros. Atomų ir jonų pasiskirstymą lygiose populiacijose lemia jonizacijos ir rekombinacijos procesų pusiausvyra, tačiau, skirtingai nei LTE, detalios pusiausvyros principas nėra įvykdytas. Pavyzdžiui, in vainikinis požiūris(mažo dalelių tankio riba, pavadinimas kilęs nuo plazmos fizinės būsenos saulės vainikinėje) atomų jonizacija vykdoma elektronų smūgio būdu, o sužadinimas vyksta savaiminiais spinduliavimo perėjimais HII zonose ir viduje kvazarai, dujos jonizuojamos kietos UV spinduliuotės iš centrinio šaltinio, o lygių populiaciją lemia radiacinių procesų rekombinacija. Šiuose pavyzdžiuose tiesioginiai ir atvirkštiniai elementarieji procesai yra skirtingo pobūdžio, todėl sąlygos toli gražu nėra pusiausvyros. Tačiau net ir labai retoje kosminėje plazmoje Maksvelo elektronų greičio pasiskirstymas (su savo temperatūra) nustatomas per daug trumpesnį laiką nei būdingas laikas tarp dalelių susidūrimų dėl tolimosios sąveikos. Kulono jėgos 4.3 Todėl dalelėms paskirstyti pagal energiją galime naudoti Boltzmanno formulę.

4.1.2 Sustingęs magnetinis laukas

Svarbiausias ISM komponentas, kuris daugiausia lemia jo dinamiką, yra didelio masto galaktikos magnetinis laukas. Vidutinė vertė magnetinis laukas Galaktikos aplink Gs. Kosminės plazmos sąlygomis magnetinis laukas daugumoje situacijų sustingęs trečiadienį. Magnetinio lauko įšaldymas į terpę reiškia magnetinio srauto išsaugojimą per uždarą laidžią kilpą jo deformacijos metu: . Laboratorinėmis sąlygomis magnetinio srauto išsaugojimas vyksta aplinkoje, kurioje didelis laidumas 4.4. Tačiau kosminės plazmos sąlygomis reikšmingesni yra nagrinėjamų kontūrų dideli būdingi matmenys ir atitinkamai ilgi magnetinio lauko skilimo laikai, palyginti su tiriamo proceso laiku. Parodykime. Panagrinėkime plazmos tūrį, kuriame srovės teka su tankiu (srovės tankis yra srovės stiprumas ploto vienetui, statmenai krypčiai srovė). Pagal Maksvelo lygtis srovės sukuria magnetinį lauką. Srovė plazmoje su baigtiniu laidumu mažėja dėl Džaulio nuostolių, susijusių su elektronų susidūrimais su jonais. Šiluma, išsiskirianti per laiko vienetą plazmos tūrio vienete, yra. Magnetinė energija tūrio vienetui yra. Vadinasi, būdingas magnetinės energijos išsklaidymo į šilumą laikas (ir atitinkamas lauko susilpnėjimas) būdingo dydžio tūryje nustatomas kaip

Magnetinio lauko įšalimas į plazmą yra geras apytikslis beveik visose astrofizinėse situacijose (net ir dinaminiuose žvaigždžių šerdies žlugimo procesuose dėl trumpo charakteringo laiko). Tačiau mažose skalėse šis aproksimavimas gali nepasitvirtinti, ypač esant svarstyklėms staigus pokytis laukus. Šioms vietoms būdingi staigūs magnetinio lauko linijų posūkiai.

4.1.3 Draudžiamos linijos

Išskirtinė spinduliuotės, kylančios optiškai plonoje retintoje terpėje, savybė yra spinduliuotės galimybė draudžiamos linijos atomai. Draudžiama spektrines linijas- linijos, susidarančios perėjimų metu atomuose iš metastabilių lygių (t. y. draudžiamos elektrinių dipolių perėjimų atrankos taisyklėmis). Būdingas metastabilios atomo gyvavimo laikas yra nuo s iki kelių. dienų ar daugiau. Esant didelei dalelių koncentracijai (in žemės atmosfera, cm saulės fotosferoje) dalelių susidūrimai pašalina atomų sužadinimą ir nepastebimos draudžiamos linijos.

Iš tiesų, panagrinėkime liniją, susidariusią pereinant iš lygio į lygį su perėjimo tikimybe (perėjimų skaičius per laiko vienetą), atsirandančią iš optiškai plonos plazmos tūrio. Linijos šviesumas

Kur - vieno fotono energija, , - santykinė elemento X jono koncentracija lygiu, - gausa elementas X vandenilio atžvilgiu. Nes tikimybė maža, draudžiamos linijos pasirodo itin silpnos. LTE sąlygomis lygio populiacija nustatoma pagal Boltzmanno formulę ir nepriklauso nuo elektronų koncentracijos.

Mažo tankio sąlygomis situacija yra kitokia. Apsvarstykite, pvz. vainikinis požiūris, kai atomų jonizacija vykdoma tik elektronų smūgiais. Esant Maksvelo greičio pasiskirstymui, elektronų dalis, kurios energijos pakanka sužadinti tąjį lygį . Susidūrimų, sukeliančių sužadinimą, dažnis yra ([cm/s] – atomo sužadinimo iki th-ojo lygio greitis veikiant elektronui, tūrio vienetui). Bendra tikimybė, kad lygis spinduliuos į kitus lygius , o iš sužadinimo ir skilimo balanso gauname santykinę koncentraciją

Akivaizdu, kad (1) ir (2) šakojimosi koeficientas gali būti 1 dydžio (pavyzdžiui, esant žemesniam sužadinimo lygiui). Tai reiškia, kad spinduliuotės galia tiek leistinose, tiek draudžiamose koroninės aproksimacijos linijose turi būti tos pačios eilės ir priklauso nuo dydžio