О возбуждении квазистационарных электромагнитных полей в движущейся плазме тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ПРИКЛАДНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи

ГУБЧЕНКО Владимир Михайлович

о возбуждении

КВАЗИСТАШЮНАРНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ДВИЖУЩЕЙСЯ ПЛАЗМЕ

01.04.08 с= физика и химия плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических пауп

Нижний Новгород - 1990

..о > / /

/ 1 ■. ■ /

/ * - \

г ', \

Работа выполнена в Институте прикладной физики АН СССР, г. Нижний Новгород.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор физико-математических нау* В.В.ЗАЙЦЕВ

доктор физико-математических нау* И.С.ВЕСЕЛОВСКИЙ

доктор физико-математических наук Л.М.ЕРУХИМОВ

Институт космических исследований АН СССР {г.Москва)

Защита состоится 26 декабря 1Э90 года в 14 ч. 00 м. на заседании специализированного совета К 003.38.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в Институте прикладной физики АН СССР (603600, г. Нижний Новгород, ГСП-120, ул.Ульянова, 46).

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института прикладной физики АН СССР.

Автореферат разослан

<'У>-у____ 1990 т

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

А -

АеМ.БЕЛЯНЦЕВ

ОБПАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ктуальность темы. В лабораторной и космической плазме широ-о представлена ситуация с достаточно медленными движениями, ходе которых в плазме возбуждаются квазисгационарныо элок-ронагнитные (КЗМ) поля и токи, а плазма ведет себя как про-одяаая среда. Именно эта ситуация имеет место при ♦орниро-ании магнитос*ер планет, в динамике магнитных структур в ороно Солнца, в ионосфере вблизи магнитных систем на спут-иках и в лаеорг орной плазме при моделировании указанных влений. а также при ее течении вблизи токонесувих эленен-зо. В перечисленных примерах возбуждение КЭМ полей и токов зязано с поступательным движением разрешенной'горячей ллаз-л относительно источников магнитного потока. Э»»екты проворности о этом случае, а, значит, и отсутствие вмороженности 1ределяют процессы изменения топологии исходных полей с об->эованием трехмерных плазменных структур в виде токовых юов и токовых жгутов, сопряженных с потоками.■их возбужда-1ини. Такого рода КЭН процессы связываются с явлением перо-

единения и диссипации энергии магнитного поля. Быстрое вы-

<

юбождение энергии магнитных полей может прицедить к возбу->еник> МГД волновых движений и ударных волн а области, охру-иоаей область энергоэыделения. Вихревые КЭН поля и ЭМ поля >лн при этом часто э»«ективно ускоряют заряженные частицы, >рмируя источники энергичных частиц в плазме.

На важность проблемы взаимодействия потока плазмы с исто-шкоч магнитного поток впервые было обраооно внимание »

работе Чепмена и Ферраро в 1931 году С13. Однако сложност! 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 осс важным является последовательный учет потоков плазмы, «орк рующих токовые структуры.

Цель работы. Диссертация посвящена теоретическому рассх трению э»«ектов, возникающих при возбуждении квазистационэ иых электромагнитных(КЭМ) полей в движуаейся бесстолкнов тельной плазме. Исследуется структура полей и энергети взаимодействия при внесении в поток плазмы стороннего ист чника в виде м^гнит"ного диполя. Исследуются э«еекты спонта ного возбуждения 1КЭМ полей в нейтральном токовом слое, п груженном в поток>/плазны. Значительное внимание в работе у лено вопросам структуры короны и ускорению в ней заряженн

частиц ударными волнами.

Научная новизна.

1. Развита пинеаная теория электромагнитного взаимоде ствия стороннего источника намагниченности с потоком медле ной, горячей, изотропной сесстолкновительноя плазмы. Выявл на характерная бесстолкновительная диссипация, связанная движением, которая определяет энергетику взаимодействия, э •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 вирохип класс ситуаций в солнечно-эемн1 ♦изике и состоядая из покоящегося неоднородного нейтрально! токового слоя,'.погруженного в однородный поток плазмы. И<

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

3.Применительно к условиям а солнечной короне показана «•«ективность ускорения протонов поперечной нагнитозвукозой ларной волной, возникпей от солнечной вспыпки и являющееся роявлением модного индукционного процесса з солнечной атмо-♦ере. Рассмотренный сервинговыя механизм ускорения обеспе-ивает наблюдаемые энергии ускоренных частиц. При условии озникновения мелкомасштабной турбулентности во «ронте и су-ественной инясекции частиц s 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 экспериментоз по заимодействию потоков горячей разреженной плазмы со сторонами источниками магнитного потока как в лаборатории, так и космической плазме. Результаты по исследованию динамики зйтрального токового слоя в потоке плазмы помогают интер-зетировать трехмерь/ю структуру ближней области иагнито->ерного хвоста и солнечной короны, связать появление источ-1Коэ энергичных частиц в короне с динамикой токовой системы > квазистаиионарных электромагнитных модах. Установленная 13И'.^ская связь появления источника энергичных протонов з >лночной короне с ударной волной и определенного вида ра-

диовсплесками позволяет развивать методы прогнозирования ра диационн^л обстановки вблизи орбиты Земли.

Апробация результатов. Материалы диссертации докладывались на а, XIII и XX Всесоюзных конференциях по радиофизическим 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" (Борок, 1983, 1966; Рига, 1987; Киев, 1988), Всесоюзном совещании пс Физике космической плазмы (Горький, 1984), Всесоюзном совещании по плазменной астро»иэике (Тбилиси, 1985), Всесоюзиог вколе по Физике космической плазмы (Рига, 1984, 1987), заседании рабочей '^рупяы по проблеме магнитного перезамикакия е лабораторной и космической плазме (Иркутск, 1983), совонани1 по прогнозирован«« солнечной активности (Зименки, 1986), Меядународных 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 космичоског плазме (Потсдам, 1983).

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована ее цель, кратко излокено содержание диссертации и приведены основные научные положения, в-'носимые ка защиту.

- S -

Первая глава посвящена вопросам возбуждения квазистацио-арных (индукционных) электромагнитных (КЭМ) полей сторон-ими источниками, погруженными э поток бесстолкновительной лазни.

Известно, что в пльзме при достаточно медленных процессах ри возбуждении индукционных полей возбуждаются индукционные оки. Определенную специфику это явление имеет з разреженной горячей плазма, когда существенны резонансные эофокты вза-моаействия полей и частиц, и его описание необходимо вести инотическои приближении. При такой рассмотрении, когда амп-итуда возбуждаемых электромагнитных полей достаточно мала п. 1.1.1), индукционное взаимодействие поля с равнопесной зотропной бесстолкновительной плазмой описывается в линей-ом приближении, поперечной компонентой диагонального тонзо-а диэлектрической проницаемости Je). При oj/kv^^ << 1

роницаемость чисто мнимая, и плазма ведет себя как проводя-ая среда о пространственной дисперсией. Решение дисперсион-ого уравнения показывает существование особой нэраспростра-яющайся по плазме моды затухающих квазистационарных элек-ромагнитных полей у>0), соотзетсвуюаей индукционному

заимодействию поля с резонансными частицами.

Для возбуждения индукционных полей в разнрэесной плазма, аким ое \зом, необходимы источники магнитных полай, а, зна-ит, сторонние источники тока. Это могут быть покоящиеся ис-очники с переменным током или движущиеся источники с посто-нным током. Геометрия возбуждаемых полей может быть ояко-ерной, как в случае движущейся плоскости (п. 1.1.3), или вумерной, как э случае движущегося заряда (п.1.1.4.), или озгет быть трехмерной, как в случае движущегося магнитного

иполл (п. 1.2). Во всех случаях распределение КЭМ полей э »

плазме характеризуется скиновым масштабом г^ (п.1.1.2).

случае источника переменного тока с •частотс

О << (v / с)<о величина г представляет собой известнь т» р 5

масштаб аномального скин-слоя. Б лучае поступательно движу

иихся источников со скоростью V << V масштаб г = г = (6

г те б а

2 —1/2

v / у^ с ) . Данный масптаб является масштабом простран ственной дисперсии в плазме. Если дебаевская экранировк обуславливает экранировку потенциальной части поля у источ ника электрического погя на масвтабе г^ -радиусе Дебая, т анизотропная токовая экранировка с аномальным скиновым маси табон та обуславливает экранировку вихревой части пол (п.1.2.3).

Масштабы пространственной дисперсии позволяют ввести без размерные параметры, важные для классификации ситуаций, воз никаюцих при решении задач в движущейся бесстолкновительно плазме. В частности, посредством введения масштаба тд и ха рактерного маштаба движения го мы определяем безразмерны параметр Ие = г / г , имеющий смысл магнитного числ

та О а

Рейнольдса для бесстолкновительной плазмы (п.1.2.4). Пр Ие >> 1 мы можем рассматривать бесстолкновительную плазм

та

как идеально проводящую среду с вмороженным магнитным полем а при Ие << 1 эту плазму можем рассматривать как среду не

та

проводящую.

Самостоятельный интерес представляет задача о возбуидени индукционных полей потоком плазмы, обтекающим магнитный ди поль или задача о диполе, движущемся в плазме (п. 1.2), Ди поль распределен на некотором масштабе г^ и перпендикуляре! скорости у своего поступательного движения относительно по коящейся плазмы. Диполи с такой ориентацией наиболее пред ставлены в естественных условиях. При ревении ставится цел!

определения общей »-становившейся структуры электромагнитных полей, токов и энергетики взаимодействия диполя с плазмой, что в условиях трехмерности задачи представляет особый интерес.

В лабораторной сиогеме' отсчета, связанной с покояцейся плазмой, магнитный диполь является не только источником тока в вида магнитного диполя, но и источником заряда в виде движущегося электрического диполя (п. 1.2.5). Соответственно, вокруг диполя возникает экранировка токами плазмы, определяемая масштабом га , а также экранировка зарядами плазмы, определяемая дебаевским радиусом г^ (п. 1.2.5).

Дебаевская экранировка не имеет каких-то особенностей. К особенности токовой экранировки необходимо отнести ее анизотропный характер. Это выражается в тон, что перед диполем выражена лобовая область с сильно подавленными" полями, а за диполем образуется хвост-след со сравнительно медленно спадающими полями В ~ (г/г ) 5X3 (п. 1.3). Лобовая область има-

о

ет сложную апериодическую структуру маептаба га , образующую совокупность магнитных островов, уменьшающихся в размерах. Хвостовая область также 'является образованием со сложной структурой. На *оне токовой системы, представляющей собой "кваэидвухпроводную" линию тока, имеются апериодические пространственные модуляции плотности тока, обесп<Тчиваюаие оеагю жгутовую структуру магнитного поля следа с характерным маез-

табом (г г ) .П0.1Я вдали от линии движения источника не о

являются столь анизотропными по сравнению с полями в лобовой и хвостовой областях. Их величина неняется апериодически с

—5

маептабом г и выходом на степенной закон В «■» (г/г ) .из-за а о

прио.ствия скинируюоих токов в окружающей диполь, плазме (п.1.4), тогда как в вакууме мы имели В ~ г 3. Эти токи рас-

кладываются по сферическим угловым гармоникам, включающих себя и тороидальные гармоники. Энергетика взаимодействия ха рактериэуется сопротивлением потерь Я-Ше ) , величиной

£ та

введенной по аналогии с сопротиЕ энием излучения для излуча

ющих систем (п.1.6). Емкость С(г / г ) (п.1.6.4) и индуктив

о о

ность 1.(110 ) (п. 1.6.3) в данной задаче характеризуют энер гию, запасенную в электростатических и магнитных полях I окрестности движущегося магнитного диполя.

Во второй главе диссертации рассматриваются вопросы возбуждения квазистаиионарных электромагнитных полей из-за неустойчивости в плазме. В этом случае для возбуждения поле» нет необходимости в стороннем воздействии на плазму и процесс возбуждения К^>М полай поэтому часто называют спонтанным. Неустойчивость н? моде, соответствующей индукционным процессам или КЭМм'полям с = О , у < О, возникает из-за

неравновесности рассматриваемой бесстолкновительной плазмы, обусловленной анизотропией в пространстве скоростей [23, которая может быть связана с протеканием электрического тока, с движением потоков плазмы, температурной анизотропией или с другими «акторами (п. 2.1.1.). Частным и важным случаем плазменной конфигурации, в которой реализуются перечисленные случаи анизотропии и которая широко привлекается при моделировании магнитосфер планет и моделировании квазистаиионарных структур в солнечной атмосфере, является предложенная конфигурация типа к-'йтрального токового слоя Харриса [35 (п.2.1.2). В данной модели нейтральный токовый спой Харриса,

поступательно движупийся с малой скоростью и и определяемый

с

функцией распределения Г , погружен в однородный поток плазмы с большой скоростью и и концентрацией частиц п и опре-

*

деляемый Функцией распределения { . Такой поток мы будем

называть высокоскоростным (п.2.1.3). Функция распределения частиц в плазме f = f + fv при этом является бимаксвелловс-кой и описывает двухскоростной плазменный поток в окрестности нейтральной плоскости. Моменты функции распределения дают

— 2

профиль концентрации .. (х) = n + n ch (x/L) с максимумом

veo

на нейтральной плоскости, поток со средней скорость» и=о (и + Ди ft fift + ch 2<х/ЬП) и магнитное поле В «

я a w ' V

= еВ th<x/L). Мы видим непрерывный переход от низкоскоростного течения вблизи нейтральной плоскости х = О к высокоскоростному течению вне слоя х = оз. Здесь Ди = и - и относи-

v е

тельная скорость, не зависящая от поперечной координаты х ,

ft = p/p = п / п плазменная бета в высокоскоростной об-V r rm V со

ласти, связывающая состояние плазмы вне и внутри слоя. Ряд свободных параметров, описывающих конфигурацию, (L - толщина слоя, ß , р гирорадиус тепловой частицы и *Ди = <5 и с

V на г г V

& < 1 - сдвиг скорости, обусловленный потоком f ),характеризуют эффективную анизотропию в системе, а значит и условия неустойчивости относительно возбуждения интересующих нас квазистационарных электромагнитных полей и соответствующих моя.

Квазистационарная электромагнитная мода применительно к нейтральному токовому слою представляет особый интерес. Она является хотя и достаточно медленной по сравнению с известными модами плазмы, но не столь критична к величине анизотропии и способна (ь силу своей крупномасштабности) радикально перестроить структуру плазмы и полей нейтрального токового слоя. Результирующая картина силовых линий магнитного поля в токовом слое при развитии моды меняется а зависимости от направления волнового вектора возмущений к. В э.той связи при развитии возмущений поперек тока в слое с к = говорят

о разрывной или тиринг-моде и процессе пересоединения, про иессе, . едставляющим значительный интерес для объяснени . пения диссипации энергии магнитного поля в токовом слое образования новой конфигурации п 1эмы с магнитными островам (п.2.2.2.>. Характер поведения квазистационарной электромаг нитной моды в нейтральном токовом слое зависит от соотноое ния между величиной электрического тока и потоками, которь» определяют анизотропию в пространстве скоростей. Электрический ток в слое, кроме того, создавая магнитное поле, эамаг-ничивает частицы плазмы вдали от нейтральной линии, что подавляет развитие электромагнитных возмуцений.

Потоки плазмы в рассматриваемой нами конфигурации оказывают стабилизирующее влияние на разрывную моду, а, значит, подавляют •'■ пдросоелинениэ, так что при

(Ди/V )г > (р /1$<1+/3 ) / р (1 + Т./Т ) происходит стаеили-

т» Н» V V V в

зация разрывной моды(п.2.3.). Вместе с тем в присутствии потоков обнаружена неустойчивость возмущений с к = и ориентацией вдоль тока, т.е. перпендикулярных разрывным . Эти возмущения мы называем стратификационными. Они приводят к «иламентации плазмы токового слоя с образованием жгутов магнитного поля, могут иметь различную тонкую структуру в зависимости от номера моды и развиваются при условии стабилизации разрывной моды (п.2.4.). Рассмотрение динамики токового слоя с учетом возможности развития стратификационных мод говорит о важности тре .мерного рассмотрения проблемы пересоединения в токовых слоях.

Третья глава диссертации посвящена* вопросам исследования солнечной атмос»еры. Индукционные электромагнитные поля играют важную роль в нагреве солнечной короны, Формировании ее структуры, появлении в ней источников энергичных частиц. Че-

рэз индукционные электромагнитные поля развивается явление солнечной вспышки, сопровождаемое возбуждением ударной волны и, в свою очередь, ускорением частиц.

Исследования солнечной короны и, прежде всего, затненные наблюдения показывают, что она является крайне неоднородной системой с трехмерными квазистационарными образованиями, в которых выражены илемовидные области, переходящие в верхних слоях в лучевые структуры, называемые стримерами. Анализ процессов в короне необходимо вести в рамках кинетических уравнений, учитывая разреженность плазмы короны и медленность ее расширения в межпланетное пространство со скоростью

и (г) << V . Сложность наблюдаемой картины требует идеали-V те

зации задачи при моделировании (п.3.1.2.). Мы исходим из того, что в результате работы двух источников - источника плазмы и источника магнитного поля - в условиях минимума солнечной активности в короне формируется квазистационарная область, имэюиая вид токового диска. Токовый диск крайне неоднороден, однако, идеализируя ситуацию, начиная с

г > г ~ 2 г (г -радиус Солнца), мы можем говорить о диском о о

образном нейтральном токовом слое, погруженным в поток пла-зны высокоскоростного солнечного ветра. Корона в таком усредненном описании моделируется плазменной конфигурацией, предложе;чоп в глава 2, которая в соответствии с наблюдениями описывает высокоскоростной и низкоскоростной потоки плазмы, повышенную концентрацию и максимумом тока в экваториальной области, где происходит обращение знака магнитного поля. Параметры высокоскоростного потока солнечного ветра в радиальнон магнитном пола описываются о рамках МГД модели Паркера С4], которая определяет радиальные зависимости в параметрах течения и (г), /Э (г), р (г). г г V V не

Особенности в строении короны, которые не описываются в рамках >~редненной модели (замкнутые структуры магнитного поля в нижней короне, а также лучевые образования в верхней короне с открытыми силовыми лит ми магнитного поля) мы относим к тонкой структуре. Образование тонкой структуры короны в концепции нейтрального токового слоя, обуславливающего усредненую структуру короны, происходит из-за крупномасотаб-ной неустойчивости (п.3.1.3). Неустойчивость развивается на квазистационарных электромагнитных модах в нейтральном токовом слое, погруженном в поток плазмы, принимающих соответственно вид разрывной (п.2.3.) и стратификационных мои (п.2.4. ).

Условие устойчивости нейтрального токового диска в неоднородном потоке, 4огда выполняется определенный баланс между параметрами потока?,' обтекающего токовый диск «оновой плазмы, и толщиной токового слоя позволяют получить зависимость 1>(г), которая при неизменном 6 говорит о быстром уменьшении толщины слоя при г < 5го в дозвуковом потоке с дальнейшим переходом к плавному увеличению толщины при г > 5го в сверхзвуковом потоке. Если баланс нарушается и скорость плазмы недостаточно велика, что имеет место, по-видимому, в нижних слоях короны, то возбуждается разрывная мода, а значит, замкнутые структуры магнитных полей и магнитные острова. В верхних слоях короны скорость потоков, напротив, достаточно велика, и возбуждается стратификационная мода, оееспечиааю-щая Формирование лучевых образований в верхней короне.

Развитие разрывной моды на участке Дг в верхней части Формирующейся замкнутой структуры г^ < г < гм+Дг при Дг > когда возбуждаются вихревые электрические поля,

позволяет, на основе механизма ускорения, предложенного

С.В.Булановым и П.В.Сасоровым [53, объяснить образование источника ускоренных частиц (п.3.1.4), инициирущих нумовыэ радиобури I и III типов .

Другим важным примером индукционного процесса в солнечной атмосфере является солнечная вспышка, в ходе которой накопленная энергия магнитного поля высвобождается и при достаточной мощности процесса может возбудить МГД ударную волну. Наблюдения показывают, что ударная волна, распространяясь по короне, сопровождается вторичными процессами энерговыделения в виде нагрева плазмы на Фронте, радиоизлучения типа I I и ускорения заряженных частиц. Эти явления моделируются в рамках представленит о поперечной магнитозвуковой ударной волне, распространяющейся в разреженной корональной плазме, в которой процессы диссипации носят бесстолкновительный характер. Присутствие скачка потенциала на фронте волны, отражающего резонансные с волной протоны, и присутствие поперечного магнитного поля, возвращающего частицы к Фронту, обеспечивают многократный характер взаимодействия частиц с фронтом. Это позволяют реализоваться серфинговому моханизну ускорения частиц, впервые предложенному Р.3.Сагдеевын [61 и развитому нами применительно к условиям в солнечной короне. Для получения ускоренных протонов рассмотрена динамика протонов на

I

«ронте магнитозвуковой ударной волны (п. 3.2*. 2.), получена предельная энергия ускореных протонов (п.3.2.3. ). При этом высказано предположение, что условием существенной инжекции частиц в режим ускорения является развитие бунемановской и ионно-звуковой неустойчивости на Фронте ударной волны (п.3.2.4.).

В заключение приведем основные результаты, содержащиеся з диссертации.

1. Показано, что из-за индукционного взаимодействия движущегося источника вихревого тока с бесстолкновительной плазмой образуется трехмерная анизотропная скин-область. Установлено, что характерный насоть этой области определяется параметрами равновесной бесстолкновительной плазмы и скоростью движущегося источника. Эффективность генерации индукционных полей определяется соответственно безразмерным параметром, имеющим смысл аномального магнитного числа Рейнольд-са, выражаемого через аномальный скиновый масштаб и масштаб источника и характеризующего роль магнитной вязкости и проводимости в бесстолкновительной плазме.

2. В структуре полей, возбуждаемых движущимся магнитным диполем, выделяете? лобовая область с магнитными островами и хвостовая область состоящая из отдельных волокон, вытянутых в хвост. Вдали от-линии движения структура полей определяется даумя группами сферических гармоник: обычных, включающих в себя дипольную, квадрупольную и т. д. , и тороидальных, включающих в себя анаполь и тороиды разной степени сложности.

3. Крупномасштабная неустойчивость на квазистационарной электромагнитной моде в условиях нейтрального токового слоя в зависимости от ориентации волнового вектора принимает Форму разрывной, либо стратификационной моды. Стратификационная мода приводит к разбиению слоя на волокна вдоль исходного магнитного поля, при этом возбуждаются продольные по отнове-иию к магнитному полю токового слоя электрические поля и токи.

4. Когда нейтральный токовый слой погружен в поток плазмы, эффективная анизотропия в системе определяется не только протеканием электрического тока, но также и потоком пла-

змы. Поток при увеличении своей скорости уменьшает эффективную анизотропию в системе вплоть до изменения ее знака. При этом происходит стабилизация разрывной моды, переход слоя в квазистационарное устойчивое состояние с последующей дестабилизацией слоя на стратификационной моде.

5. Нейтральный токовый слой, погруженный з поток плазмы, описывает усредненную структуру короны в минимуме солнечной активности. При этом описывается высокоскоростной поток плазмы солнечного ветра на периферии слоя и низкоскоростной поток внутри слоя. В области низкоскоростного потока находится максимум концентрации плазмы и происходит обращение знака магнитного поля.

6. Тонкая структура короны появляется как результат неустойчивости усредненной структуры на квазистационарных электромагнитных модах плазмы. При этом в нижней "части короны, где потоки сравнительно невелики, а слой достаточно толстый, происходит возбуждение разрывной моды и образуются замкнутые структуры и магнитные острова. В верхней части короны, где потоки солнечного ветра становятся достаточно сильными, а толщина слоя малой, происходит возбуждение стратификационной моды, разрывная мода стабилизируется, при этом появляется лучевая структура з короне.

7. Вблизи вериины замкнутой структуры в сЗласти перехода в лучевую структуру з разрывах нейтрального токового слоя возникает источник энергичных частиц. Ускорение частиц обусловлено работой индукционных электромагнитных полой. Данный механизм ускорения обеспечивает наблюдаемую эноргию и потоки ускоренных электронов, которые ответственны за оумовыа радиобури I и 111 типов.

8. Поперечная нагнитоэвуковая ударная волна, возбуждаемая

солнечной вспышкой в солнечной короне, при возникновении мелкомас1.абной турбулентности во фронте Эффективно взаимодействует с протонами, резонансными с волной. При этом происходит ускорение значительного количества частиц до энергии Е 10 Мэе, а солнечная вспышка может принимать характер протонной.

СПИСОК РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Gubchenko V. М., 2aitsev V. V. Ол Proton and Electron Acceleration by Shock Daves during Large Solar Flares // Proc. of the AstYononical Society of Australia. - 1978. -Vol. 3. - P;i236«g238 // Solar Physics. - 1979. - Vol. 63.

- P. 337-352.

2. Губченко В. М.^Разрывная мода нейтрального токового слоя, в г токе плазмы // Физика плазмы. -1982. - Т. 6, вып. 5.

- С. 1040 - 1044.

3. Gubchenko V. М. , 2aitsev V. V. The Sourse Model of Low Energy Electrons Responsible for Type 1 and Type 111 Radio Noise Storms // Solar Physics. - 1983. - Vol. 39. -P. 391-402 /.' В сб. Солнечная активность (Материалы сово-оания ). Алма-Ата: Наука Казах. ССР, 1983. - С. 126-138.

4. Губченко В. М. Нейтральный токовый слой с потоками и его стратификация ft Физика плазмы. - 1985. -Т. 11, вып. 4. -С.467-476.

5. Губченко В. М. О структуре квазистационарных электромагнитных полей генерируемых двихуцинся в бесстолкновит*. .1Ьной плазнэ распределенным магнитным диполем // Препринт ИПФ АН СССР. - 1987. - N 174. - С. 3-42.

6. Губченко В. • М. Генерация кваэистаиионарнь.-о электроиаг-

нитного поля движущимся в бесстолкновительной плазме распределенным магнитным диполем // Физика плазмы. - 1988. -Т. 14, вып. 3. - С. 320-326.

7. Gubchenlto V. М. , 2aitsev V. V. A Neutral Current Sheet with Flows: Tearin„ and Stratification Modes and Modelling of Coronal Structures // Proc. of International Workshop on Reconnection in Space Plasma, held . in Potsdam, GDR, 5-9 Sept. 19S8. - ESA SP-285. - Vol. II, Dec.1988. - P. 99-104.

8. Губченко В. M., Зайцев В. В. О механизме ускорения протонов в мойных солнечных вспызках // Тез. докл. на X всесоюзной кон*, по радиоастрономическим исследованиям солнечной системы.- Иркутск: 1977,- С.49.

9. Губченко В. М. Разрывная неустойчивость нейтрального токового слоя в потоке плазмы и генерация вумовых бурь I I I типа // Тоэ. докл. на XIII всесоюзной конференции по радиоастрономическим исследованиям солнечной систены.-Киев: 1981.- С.54.

10.Gubchenlco V. М. Jovian Decanetric Radio Emission and Peculiarities of the Io Induction Interaction with Jovian Magnetosphere // Abstracts of the XVIII Young European Radio Astronomers Conference.- Grenoble: 1985.

И.Губче' ;o В. M. , Зайцев В. В. Кзаэистационарныэ электромагнитные моды токового диска и структура короны // Тез. докл. на XX всесоюзной конференции по радиофизическим ис-следовниям солнечной системы.- Симферополь: 1988.- С. 103.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ВВЕДЕНИЕ..................................................

ГЛАВА 1. О ВОЗБУЖДЕНИИ КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

НОЛЕЙ ДВИЖУЦИМИСЯ В БЕСТОЛКНОВИТЕЛЪНОИ ПЛАЗМЕ

РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА ...............

1.1. Квазистационарные электромагнитные поля и их

свойства. Индукционные поля ................

1.1.1. Дисперсионные свойства плазмы и ква-эистационарное электромагнитное поле

1.1.2. Проникновение электромагнитного поля в плазму, нормальный и аномальный скин-слой .........................

1.1.3. Пола плоскости с переменным током ь поле движущейся плоскости .............

£.1.4. Поле точечного заряда, движущегося в безстолкновительной плазме.............

1.2. Обп№ соотношения для поля движущегося

магнитного момента ...........................

1.2.1. Поле движущегося магнитного диполя в вакууме ..............................

1.2.2. Общие соотнооения для вихревого поля двихуоегося магнитного диполя .........

1.2.3. Масштаб токовой экранировки в бесстолкновительной плазме ............

1.2.4. Магнитное число Рейнольдса в бестолкновительноя плазме .............

1.2.5. Дебаевская экранировка движущегося магнитного момента ....................

1.3. Асимптотика полей магнитного диполя на больвих

расстояниях от источника .....................

1.3.1. Поле вне хвоста и лобовой области .....

1.3.2. Структура хвоста-следа за движущимся

1.4. Асинптотика полей на палых расстояниях от источника.....................................

1.4.1. Поле в области нахождения источника ...

1.4.2. Поле вблизи источника................

1.5. Общая картина полей, возбуждаемых в окрестностях магнитного диполя ...............

1.6. Интегральные характеристики взаимодействия движущегося магнитного диполя о' бесстолкновительной плазмой ..................

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

диполь ................................

1.6.2. Сопротивление "излучения" .............

1.6.3. Энергия магнитного поля и индуктивность магнитного диполя в плазме.............

1.6.4. 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.................

ГЛАВА 2. СПОНТАННОЕ ВОЗБУЖДЕНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ ПОЛЕЙ В НЕРАВНОВЕСНОЙ ПЛАЗМЕ

2.1. Неравновесные стационарные состояния плазмы и анизотропия..................................

2.1.1. Плазма с температурной анизотропией ...

2.1.2. Нейтральный токовый слой ..............

2.1.3. Нейтральный токовый слой и потоки......

2.2. Спонтанные неустойчивости на кваэистаццокарных

электромагнитных модах а плазме...............

2.2.1. Неустойчивость плазмы с температурнс анизотропией ................................

2.2.2. Разрывная неустойчивость нейтральног токового слоя.......................

2.3. Разрывная неустойчивость нейтрального токовог слоя в потоке плазмы........................

2.4. Стратификация нейтрального токового слоя потоке плазмы...............................

2.4.1. Незамагниченные электроны и ионы .....

2.4.2. Незамагниченные 'ионы, замагниченнь электроны.............................

2.4.3. Намагниченные электроны и ионы .......

2.5. 1}снов'ные результаты главы 2.................

ГЛАВА 3. О ВЛИЯНИЙ ИНДУКЦИОННЫХ ПОЛЕЙ НА СТРУКТУРУ КОРОНЫ .

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

3.1.1. Корона: Общие представления ..........

3.1.2. Модель стационарного состояния короны

3.1.3. Неустойчивость токового слоя и пробле) структуры солнечной короны ..................

3.1.4. Модель источника и ускорение частиц...

3.2. Об ускорении протоков ударной волной < солнечной вспыики, возниквей е биполярнс структуре...................................

3.2.1. Введение .............................

3.2.2. Динамика ускорения протонов ..........

3.2.3. Максимальная энергия ускорения протош

\

3.2.4. Потоки ускоренных протонов ...........