Uzay plazması. Büyük petrol ve gaz ansiklopedisi

Yıldızlararası veya galaksiler arası uzayda nelerin bulunduğunu hiç düşündünüz mü? Uzayda teknik bir boşluk vardır ve bu nedenle hiçbir şey kapsanmaz (hiçbir şeyin kapsanmadığı anlamında değil, hiçbir şeyin kapsanmadığı anlamına gelir). göreceli anlamda). Haklısın çünkü yıldızlararası uzayda ortalama olarak başına yaklaşık 1000 atom var. santimetreküp ve çok geniş mesafeler maddenin yoğunluğu ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak burada her şey o kadar basit ve açık değil. Yıldızlararası ortamın uzaysal dağılımı önemsiz değildir. Galaksilerin çubukları ve sarmal kolları gibi genel galaktik yapıların yanı sıra, daha sıcak gazlarla çevrelenmiş bireysel soğuk ve sıcak bulutlar da vardır. Yıldızlararası ortamda (ISM) büyük miktar yapılar: dev moleküler bulutlar, yansıma bulutsuları, protogezegensel bulutsular, gezegenimsi bulutsular, kürecikler vb. Bu, çevrede meydana gelen çok çeşitli gözlemsel tezahürlere ve süreçlere yol açar. Aşağıdaki liste MZS'de bulunan yapıları listelemektedir:

• Koronal gaz
• Parlak HII bölgeleri
• Düşük Yoğunluklu HII Bölgeleri
• Bulutlararası ortam
• Sıcak alanlar MERHABA
• Maser yoğunlaşmaları
• Bulutlar merhaba
• Dev moleküler bulutlar
• Moleküler bulutlar
• Kürecikler

Plazma yüklü ve nötr parçacıklardan oluşur. Pozitif yüklü parçacıklar pozitif iyonlar ve delikler (katı cisim plazması) ve negatif yüklü parçacıklar elektronlar ve negatif iyonlar. Her şeyden önce belirli bir parçacık türünün konsantrasyonlarını bilmek gerekir. Eğer sözde iyonizasyon derecesi şuna eşitse, plazmanın zayıf iyonize olduğu kabul edilir.

Elektron konsantrasyonu nerede, plazmadaki tüm nötr parçacıkların konsantrasyonu, aralıkta yer alır. Ve tamamen iyonize edilmiş bir plazmanın belirli bir iyonizasyon derecesi vardır.

Ancak yukarıda da söylendiği gibi her iyonize gaz plazma değildir. Plazmanın bu özelliğe sahip olması gerekir yarı tarafsızlık yani ortalama olarak yeterince uzun bir süre boyunca ve yeterince uzun mesafeler plazma genellikle nötrdü. Peki bir gazın plazma olarak kabul edilebileceği bu zaman aralıkları ve mesafeler nelerdir?

Dolayısıyla yarı tarafsızlık şartı şu şekildedir:

Bu nedenle yük ayrımının zaman ölçeği olarak Langmuir frekansının tersini almak doğaldır.

Ancak uzayın plazma olduğunu doğru bir şekilde gösterebilmek için uzaysal ölçekleri de değerlendirmek gerekir. Fiziksel değerlendirmelerden, bu uzaysal ölçeğin, yüklü parçacıkların yoğunluğundaki bir bozukluğun zaman içindeki termal hareketlerinden dolayı değişebileceği uzunluk tarafından belirlendiği açıktır. döneme eşit Plazma salınımları. Böylece mekansal ölçek şuna eşittir:

Böylece, fizikte adı verilen uzunluğu elde ettik. elektron Debye yarıçapı veya uzunluğu.

Şimdi Debye denkleminin daha kesin bir şekilde türetilmesini göstereceğim. Yine bir elektrik alanının etkisi altında belirli bir miktarda yer değiştiren N elektronu hayal edelim. Bu durumda, yoğunluğu eşit olan bir uzay yükü tabakası oluşur; burada elektron yükü ve elektron konsantrasyonudur. Poisson formülü elektrostatikten iyi bilinmektedir.

Yıldızlararası ortamda Debye uzunluğu yaklaşık 10 metre, galaksiler arası ortamda ise yaklaşık metredir. yeterli olduğunu görüyoruz büyük miktarlarörneğin dielektriklerle karşılaştırıldığında. Bu, elektrik alanının bu mesafeler boyunca zayıflama olmadan yayıldığı, yükleri hacimsel yüklü katmanlara dağıttığı, parçacıkların Langmuir frekansına eşit bir frekansla denge konumları etrafında salındığı anlamına gelir.

Bu makaleden, olup olmadığını belirleyen iki temel niceliği öğrendik. uzay ortamı Plazma, bu ortamın yoğunluğunun son derece düşük olmasına ve uzayın bir bütün olarak fiziksel boşluk makroskobik ölçekte. Yerel ölçekte hem gaz, hem toz hem de plazma

Etiketler:

• plazma
• fizik
• uzay

Yıldızlararası helyum atomları, heliosferi çevreleyen Yerel yıldızlararası ortamın (bölge) parametreleri hakkında benzersiz bir bilgi kaynağını temsil eder. uzay dolu güneş rüzgarı. 1990–2007'de yıldızlararası helyum atomlarının akışları ölçüldü uzay aracı"Ulysses" (Ulysses). Ve 2009'dan bu yana, bu akışlar, asıl amacı heliosfer sınırının özelliklerini uzaktan teşhis etmek olan Amerikan uzay aracı Interstellar Boundary Explorer'da (IBEX) ölçülüyor.

Akademisyen Lev Matveevich Zeleny, enstitü müdürü uzay araştırması(IKI), derginin genel yayın yönetmeni ile yaptığı röportajda, uzay havasının uzay araştırmalarındaki rolünden ve uzayda kalış süresine ciddi kısıtlamalar getiren araştırmalardan bahsetti.

Önleme. 22.06.2011 tarihinden itibaren yayın

Siyaset bilimci Dmitry Abzalov nedenini anlamaya yardımcı oluyor " Birleşik Rusya" polisi yeniden canlandırmayı önerdi. Sunucular, Tüm Rusya Halk Cephesi'nin valilik seçimlerindeki rolünü tartışıyorlar. Rusya Bilimler Akademisi Uzay Araştırmaları Enstitüsü temsilcisi Anatoly Petrukovich bunun ne olduğunu anlatıyor manyetik fırtınalar ve bizim için ne kadar tehlikeli olduklarını. Topluluk" Kazak çemberi"alternatif savaş şarkılarını seslendiriyor.

Küme Görevi, Ateşten Anka Kuşu Gibi Yükseliyor

Haziran 1996'daki fırlatma sırasında neredeyse düşen Ariane-5 roketinin ilk başarısız fırlatılmasından sonra, Avrupa'nın dört uydulu Küme sistemi uzay ajansı nihayet 2000 yazında Baykonur Kozmodromundan Soyuz-Fregat taşıyıcıları tarafından fırlatıldı. Küme misyonunun amacı Dünya'nın manyetosferini keşfetmek ve güneş aktivitesinin onu nasıl etkilediğini belirlemektir.

Dörtlü "Küme" manyetosferin gizemlerini araştırıyor

Dört uydulu Küme misyonu, uzayın dört noktasında aynı ölçümlerin aynı anda yapılmasına olanak tanıyor (manyetosferik araştırma tarihinde ilk kez!)*. Bu sayede keşfetmek mümkün üç boyutlu yapı Nesneler, akım yoğunluğunu belirler ve en önemlisi, incelenen fenomenin gözlemlenmesinde mekansal ve zamansal etkileri ayırır.

>>Fizik: Plazma

Şimdi maddenin dördüncü hali olan plazma ile tanışacaksınız. Bu durum egzotik değildir. Evrendeki maddenin büyük çoğunluğu plazma halindedir.
çok düşük sıcaklıklar tüm maddeler katı haldedir. Isıtmaları, maddelerin katıdan sıvıya geçişine neden olur. Sıcaklığın daha da artması sıvıların gaza dönüşmesine yol açar.
Yeterli olduğunda yüksek sıcaklıklar Hızlı hareket eden atom veya moleküllerin çarpışması nedeniyle gazın iyonlaşması başlar. Madde adı verilen yeni bir duruma geçer plazma. Plazma yerel yoğunlukları pozitif ve tamamen iyonize olan, kısmen veya tamamen iyonize bir gazdır. negatif masraflar pratik olarak örtüşmektedir. Dolayısıyla plazma bir bütün olarak elektriksel olarak nötr bir sistemdir. Koşullara bağlı olarak, plazma iyonizasyon derecesi (iyonlaşmış atom sayısının bunların sayısına oranı) tam sayı) değişebilir. Tamamen iyonize olmuş bir plazmada nötr atom yoktur.
Isınmanın yanı sıra, çeşitli radyasyonlar veya gaz atomlarının hızlı yüklü parçacıklar tarafından bombardımanı nedeniyle gaz iyonizasyonu ve plazma oluşumu meydana gelebilir. Bu sözde üretir düşük sıcaklıkta plazma.
Plazmanın özellikleri. Plazmanın, onu maddenin özel, dördüncü hali olarak görmemizi sağlayan bir dizi spesifik özelliği vardır.
Yüklü plazma parçacıkları yüksek hareketliliklerinden dolayı elektrik ve manyetik alanların etkisi altında kolaylıkla hareket ederler. Bu nedenle, aynı yük işaretine sahip parçacıkların birikmesinden kaynaklanan, plazmanın ayrı alanlarının elektriksel nötrlüğünün ihlali hızlı bir şekilde ortadan kaldırılır. Ortaya çıkan elektrik alanları, elektriksel nötrlük sağlanana ve elektrik alanı normal hale gelene kadar yüklü parçacıkları hareket ettirir. sıfıra eşit.
Moleküller arasında kısa menzilli kuvvetlerin bulunduğu nötr bir gazın aksine, yüklü plazma parçacıkları arasında mesafeyle nispeten yavaş yavaş azalan Coulomb kuvvetleri vardır. Her parçacık hemen etkileşime girer. çok sayıdaçevreleyen parçacıklar. Bu nedenle, plazma parçacıkları rastgele (termal) hareketin yanı sıra çeşitli sıralı (toplu) hareketlere de katılabilir. Plazmada kolayca heyecanlanır çeşitli türler titreşimler ve dalgalar.
İyonlaşma derecesi arttıkça plazmanın iletkenliği artar. Yüksek sıcaklıklarda, tamamen iyonize edilmiş plazma, iletkenliği bakımından süperiletkenlere yaklaşır.
Uzayda plazma. Evrendeki maddenin büyük çoğunluğu (yaklaşık %99) plazma halindedir. Dolayı yüksek sıcaklık Güneş ve diğer yıldızlar öncelikle tamamen iyonize plazmadan oluşur.
Yıldızlar ve galaksiler arasındaki boşluğu dolduran yıldızlararası ortam da plazmadan oluşur. Yıldızlararası ortamın yoğunluğu çok düşüktür; ortalama olarak 1 cm3 başına bir atomdan azdır. Yıldızlararası ortamda atomların iyonlaşması yıldızlardan gelen radyasyondan kaynaklanır. kozmik ışınlar- Evrenin boşluğuna her yöne nüfuz eden hızlı parçacık akışları. Yıldızların sıcak plazmasının aksine yıldızlararası plazmanın sıcaklığı çok düşüktür.
Gezegenimiz de plazmayla çevrilidir. Atmosferin 100-300 km yükseklikteki üst tabakası iyonize bir gazdır. iyonosfer. Havanın iyonlaşması üst katman Atmosfer esas olarak Güneş'ten gelen radyasyondan ve Güneş tarafından yayılan yüklü parçacıkların akışından kaynaklanır. İyonosferin üzerinde, uydular tarafından keşfedilen Dünya'nın radyasyon kuşakları uzanır. Radyasyon kemerleri ayrıca plazmadan oluşur.
Plazmaların birçok özelliği vardır serbest elektronlar metallerde. Geleneksel plazmadan farklı olarak plazma sağlam Pozitif iyonlar vücutta dolaşamaz.
Kısmen veya tamamen iyonize olmuş gaza plazma denir. Yıldızlar plazmadan yapılmıştır. Genişleyen teknik uygulama plazma

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizik 10. sınıf

Bu derse ilişkin düzeltmeleriniz veya önerileriniz varsa,

Ana Özellik fiziksel durum yıldızlararası ortam (ISM) son derece düşük yoğunluk. Tipik değerler metreküp başına 0,1-1000 atomdur. cm ve yaklaşık 10 km/s'lik karakteristik moleküler hızlarda, bireysel parçacıklar arasındaki çarpışma süresi onlarca ve binlerce yıla ulaşır. Bu süre, uyarılmış durumdaki (izin verilen seviyelerde - c mertebesinde) atomların karakteristik yaşam sürelerinden kat kat daha uzundur. Sonuç olarak, atom tarafından emilen fotonun uyarılmış seviyeden yeniden yayılma zamanı vardır, iyonlaştırıcı olmayan kuantumun ISM atomları tarafından gerçek soğurulması olasılığı (soğurulan fotonun enerjisi enerjiye girdiğinde) kinetik enerji parçacıkların kaotik hareketi) son derece küçüktür.

Absorbsiyon çizgisi, zaten çizginin merkezindeki optik kalınlıklarda olan sürekli bir spektrumun (süreklilik) arka planında ayırt edilebilir hale gelir . Absorbsiyon kesiti optik derinlikle şu ilişkiyle ilişkilidir: görüş hattındaki atom sayısı nerede? Çünkü bir çizgide soğuran bir atom sönümlü bir harmonik osilatör olarak temsil edilebilir, bu durumda hem klasik hem de kuantum mekaniksel hesaplamalar profil için soğurma kesitini verir

4.1.1 Yerel termodinamik dengenin olmaması

ISM'nin radyasyona karşı şeffaflığı, yıldızlararası plazmanın en önemli fiziksel özelliği olan yokluğu tarafından belirlenecektir. yerel termodinamik denge(LTR). Koşullarda bunu hatırlayalım tam termodinamik denge tüm doğrudan ve ters süreçler aynı hızlarda gerçekleşir (ayrıntılı denge ilkesi olarak adlandırılır) ve ortamın fiziksel durumunu belirleyen yalnızca bir sıcaklık değeri vardır (yerel SDR, her noktada ayrıntılı dengenin mevcut olduğu ve SDR'yi koruduğu anlamına gelir) , ancak sıcaklık bir fonksiyon koordinatları ve zamandır) 4.2.

LTE yaklaşımı, büyük optik kalınlıklar durumunda (örneğin, yıldızların iç kısımlarında) iyi çalışır ve LTE olmayan etkiler yalnızca (örneğin, fotonların uzaya serbestçe kaçtığı yıldızların fotosferlerinde) fark edilebilir hale gelir. .

İÇİNDE yıldızlararası ortam atom konsantrasyonu düşüktür, metreküp başına parçacıklar cm, optik kalınlıklar küçüktür ve LTE yapılmaz. Bunun nedeni (a) ISM'deki radyasyon sıcaklığının (esas olarak yıldız radyasyonu) yüksek K olması ve plazmanın elektron ve iyon sıcaklıklarının parçacık çarpışmaları tarafından belirlenmesi ve radyasyon sıcaklığından büyük ölçüde farklı olabilmesidir. Atomların ve iyonların seviye popülasyonları üzerindeki dağılımı, iyonizasyon ve rekombinasyon süreçlerinin dengesi tarafından belirlenir, ancak LTE'den farklı olarak ayrıntılı denge ilkesi yerine getirilmez. Örneğin, koronal yaklaşım(düşük parçacık yoğunluğunun sınırı, adı güneş koronasındaki plazmanın fiziksel durumundan gelir) atomların iyonizasyonu elektron etkisi ile gerçekleştirilir ve uyarılma, HII bölgelerinde ve kendiliğinden ışınım geçişleri ile gerçekleştirilir; Kuasarlarda gaz, merkezi kaynaktan gelen sert UV radyasyonu ile iyonize edilir ve seviyelerin popülasyonu, radyasyon süreçlerinin rekombinasyonu ile belirlenir. Bu örneklerde doğrudan ve ters temel süreçler farklı nitelikte olduğundan koşullar dengeden uzaktır. Bununla birlikte, çok seyrekleştirilmiş bir kozmik plazmada bile, elektronların Maxwell hız dağılımı (kendi sıcaklığıyla birlikte), uzun menzilli etkileşim nedeniyle parçacık çarpışmaları arasındaki karakteristik süreden çok daha kısa bir sürede oluşturulur. Coulomb kuvvetleri 4.3 Bu nedenle parçacıkları enerjiye göre dağıtmak için Boltzmann formülünü kullanabiliriz.

4.1.2 Donmuş manyetik alan

ISM'nin dinamiklerini büyük ölçüde belirleyen en önemli bileşeni galaksinin büyük ölçekli manyetik alanıdır. Ortalama değer manyetik alan Gs çevresindeki galaksiler. Kozmik plazma koşullarında, durumların büyük çoğunluğunda manyetik alan dondurulmuşÇarşamba günü. Manyetik alanın bir ortamda donması, deformasyon sırasında kapalı bir iletken döngü boyunca manyetik akının korunması anlamına gelir: . Laboratuar koşullarında, manyetik akının korunumu aşağıdaki ortamlarda meydana gelir: yüksek iletkenlik 4.4. Bununla birlikte, uzay plazması koşulları altında, incelenen konturların büyük karakteristik boyutları ve buna bağlı olarak, incelenen sürecin zamanına kıyasla manyetik alanın uzun bozunma süreleri daha önemlidir. Hadi gösterelim. Akımların yoğunlukla aktığı plazma hacmini ele alalım (akım yoğunluğu, birim alan başına akım gücüdür, yöne dik akım). Maxwell denklemlerine göre akımlar bir manyetik alan oluşturur. Sonlu iletkenliğe sahip bir plazmadaki akım, elektronların iyonlarla çarpışmasıyla ilişkili Joule kayıpları nedeniyle azalır. Birim plazma hacminde birim zamanda açığa çıkan ısı. Birim hacim başına manyetik enerji. Sonuç olarak, karakteristik bir boyuta sahip bir hacimde manyetik enerjinin ısıya yayılmasının karakteristik süresi (ve buna karşılık gelen alan zayıflaması) şu şekilde belirlenir:

Manyetik alanın plazmada donması neredeyse tüm astrofizik durumlarda (kısa karakteristik süreler nedeniyle yıldız çekirdeğinin çökmesinin dinamik süreçlerinde bile) iyi bir yaklaşımdır. Ancak küçük ölçeklerde bu yaklaşım özellikle ölçeklerde geçerli olmayabilir. ani değişim alanlar. Bu yerler manyetik alan çizgilerinin keskin dönüşleriyle karakterize edilir.

4.1.3 Yasak hatlar

Optik olarak ince, seyreltilmiş bir ortamda ortaya çıkan radyasyonun ayırt edici bir özelliği, yasaklı çizgiler atomlar. Yasak spektral çizgiler- yarı kararlı seviyelerden atomlardaki geçişler sırasında oluşan çizgiler (yani, elektrik dipol geçişleri için seçim kuralları tarafından yasaklanmıştır). Yarı kararlı durumdaki bir atomun karakteristik ömrü s'den birkaçına kadardır. gün veya daha fazla. Yüksek parçacık konsantrasyonlarında ( dünyanın atmosferi, cm güneş fotosferinde) parçacık çarpışmaları atomların uyarılmasını ortadan kaldırır ve yasak çizgiler gözlenmez.

Aslında, optik olarak ince bir plazmanın hacminden ortaya çıkan bir geçiş olasılığı (birim zamandaki geçiş sayısı) ile seviyeden seviyeye geçiş sırasında oluşan bir çizgiyi ele alalım. Çizgi Parlaklığı

Nerede - bir fotonun enerjisi, , - seviyedeki X iyonunun bağıl konsantrasyonu, - bolluk hidrojene göre X elementi. Çünkü olasılık düşük, yasaklı çizgiler son derece zayıf çıkıyor. LTE koşulları altında seviye popülasyonu Boltzmann formülüyle belirlenir ve elektron konsantrasyonuna bağlı değildir.

Düşük yoğunluk koşullarında durum farklıdır. Örneğin şunu düşünün: koronal yaklaşım atomların iyonizasyonu yalnızca elektron darbeleriyle gerçekleştirildiğinde. Bir Maxwell hız dağılımı ile, . seviyeyi uyarmaya yeterli enerjiye sahip elektronların oranı . Uyarılmaya neden olan çarpışmaların sıklığı ([cm/s], birim hacim başına bir atomun elektron etkisiyle inci seviyeye kadar uyarılma hızıdır). Bir seviyenin diğer seviyelere ışınımsal bozunumunun toplam olasılığı ve uyarılma-bozunma dengesinden bağıl konsantrasyonu elde ederiz

Şu açıktır ki (1) ve (2) dallanma faktörü 1 düzeyinde olabilir (örneğin daha düşük uyarılmış seviyeler için). Bu, koronal yaklaşımda izin verilen ve yasaklanan çizgilerdeki radyasyon gücünün aynı düzende olması ve büyüklüğüne bağlı olması gerektiği anlamına gelir.