Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Л.Л. Головная ударная волна Ориона в туманности Ориона . Звездный ветер сталкивается с потоком туманности.
Хаббл, 1995 г.
О подобном эффекте для летающих объектов в атмосфере см. Удар из лука (аэродинамика) .

В астрофизике , ударная волна возникает , когда магнитосфере астрофизического объекта взаимодействует с рядом протекающей окружающей плазмы , таких как солнечный ветер . Для Земли и других намагниченных планет это граница, на которой скорость звездного ветра резко падает в результате его приближения к магнитопаузе . Для звезд эта граница обычно является краем астросферы , где звездный ветер встречается с межзвездной средой . [1]

Описание [ править ]

Определяющим критерием ударной волны является то, что объемная скорость плазмы падает со « сверхзвуковой » до «дозвуковой», где скорость звука c s определяется как: где - отношение удельных теплоемкостей , - давление , - плотность плазмы.

Распространенным осложнением астрофизики является наличие магнитного поля. Например, заряженные частицы, составляющие солнечный ветер, движутся по спирали вдоль силовых линий магнитного поля. Скорость каждой частицы, когда она вращается вокруг силовой линии, можно рассматривать так же, как тепловую скорость в обычном газе, а в обычном газе средняя тепловая скорость примерно равна скорости звука. В головной скачке уплотнения общая скорость ветра (составляющая скорость, параллельная силовым линиям, вокруг которых вращаются частицы) падает ниже скорости, с которой вращаются частицы.

Вокруг Земли [ править ]

Наиболее изученным примером головной ударной волны является ударная волна, возникающая там, где солнечный ветер встречает магнитопаузу Земли , хотя головные ударные волны происходят вокруг всех планет, как немагниченных, таких как Марс [2] и Венера [3], так и намагниченных, таких как Юпитер. [4] или Сатурн . [5] Носовая ударная волна Земли имеет толщину около 17 километров (11 миль) [6] и расположена примерно в 90 000 км (56 000 миль) от планеты. [7]

У комет [ править ]

Головные ударные волны образуются на кометах в результате взаимодействия солнечного ветра с ионосферой кометы. Вдали от Солнца комета представляет собой ледяной валун без атмосферы. По мере приближения к Солнцу тепло солнечного света вызывает выделение газа из ядра кометы, создавая атмосферу, называемую комой . Кома частично ионизируется солнечным светом, и когда солнечный ветер проходит через эту ионную кому, возникает головная ударная волна.

Первые наблюдения были сделаны в 1980-х и 90-х годах, когда несколько космических аппаратов пролетели мимо комет 21P / Джакобини – Зиннера , [8] 1P / Галлея , [9] и 26P / Григга – Скьеллерупа . [10] Затем было обнаружено, что изгибные толчки комет шире и более постепенные, чем резкие изгибные толчки планет, наблюдаемые, например, на Земле. Все эти наблюдения были сделаны вблизи перигелия, когда головные ударные волны уже были полностью развиты.

Космический аппарат Rosetta следовал за кометой 67P / Чурюмова – Герасименко из далекой части Солнечной системы, на гелиоцентрическом расстоянии 3,6 а.е. , в направлении перигелия на 1,24 а.е. и обратно. Это позволило Розетте наблюдать ударную волну, образовавшуюся при увеличении выделения газа во время движения кометы к Солнцу. На этой ранней стадии развития шок назывался «детский шок из лука». [11] Лук у младенца асимметричен и, по отношению к расстоянию до ядра, шире, чем полностью развитые дуги.

Вокруг Солнца [ править ]

Основная статья: Гелиосфера § Удар из лука

В течение нескольких десятилетий считалось, что солнечный ветер образует головную ударную волну на краю гелиосферы , где он сталкивается с окружающей межзвездной средой. При удалении от Солнца точка, где поток солнечного ветра становится дозвуковым, является конечной ударной волной , точка, где уравновешивается давление межзвездной среды и солнечного ветра, является гелиопаузой , а точка, где поток межзвездной среды становится дозвуковым, будет ударная волна. Считалось, что эта головная ударная волна Солнца находится на расстоянии около 230 а.е. [12] от Солнца - это более чем в два раза превышает расстояние конечной ударной волны, с которым сталкивается космический корабль «Вояджер».

Однако данные, полученные в 2012 году от NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX), указывают на отсутствие какой-либо солнечной ударной волны. [13] Наряду с подтверждающими результатами, полученными с космического корабля «Вояджер» , эти результаты послужили поводом для некоторых теоретических уточнений; В настоящее время считается, что образование головной ударной волны предотвращается, по крайней мере, в галактической области, через которую проходит Солнце, за счет комбинации силы местного межзвездного магнитного поля и относительной скорости гелиосферы. [14]

Вокруг других звезд [ править ]

В 2006 г. около звезды AGB R Hydrae была обнаружена головная ударная волна в дальнем инфракрасном диапазоне . [15]

Носовая ударная волна вокруг Ридры [16]

Носовые толчки также являются обычным явлением для объектов Хербига Аро , в которых гораздо более сильный коллимированный отток газа и пыли от звезды взаимодействует с межзвездной средой, создавая яркие головные толчки, которые видны в оптических длинах волн.

Следующие изображения показывают еще одно свидетельство существования головной ударной волны от плотных газов и плазмы в туманности Ориона .

Вокруг массивных звезд [ править ]

Если массивная звезда - убегающая звезда , она может образовывать инфракрасную головную ударную волну, которую можно обнаружить в 24 мкм, а иногда и в 8 мкм космического телескопа Спитцера или в каналах W3 / W4 WISE . В 2016 году Кобульницкий и др. действительно создал самый большой на сегодняшний день каталог луковых амортизаторов Spitzer / WISE, в который вошло 709 кандидатов. [17] Чтобы получить больший каталог ударных волн из лука Проект «Млечный Путь» (проект « Гражданская наука ») нацелен на отображение инфракрасных ударных волн в плоскости Галактики. Этот более обширный каталог поможет понять звездный ветер массивных звезд. [18]

Зета Змееносца - самый известный удар из лука массивной звезды. Изображение получено с космического телескопа Спитцер.

Ближайшие звезды с инфракрасными луковыми ударами:

ИмяРасстояние ( шт. )Спектральный типПринадлежит
* ставка Крю85B1IVНижняя подгруппа Centaurus-Crux
* Альф Мус97B2IVНижняя подгруппа Centaurus-Crux
* Альф Крю99B1V + B0,5IVНижняя подгруппа Centaurus-Crux
* Зет Оф112O9.2IVnnПодгруппа верхнего Скорпиона
* tet Car140B0VpIC 2602
* tau Sco145B0,2 ВПодгруппа верхнего Скорпиона
* дель Ско150B0.3IVПодгруппа верхнего Скорпиона
* eps за195B1.5III
* sig Sco214O9,5 (В) + B7 (В)Подгруппа верхнего Скорпиона

Большинство из них принадлежат к ассоциации Скорпион – Центавр, а Theta Carinae , самая яркая звезда IC 2602 , также может принадлежать к нижней подгруппе Центавра-Крукса. Эпсилон Персей не принадлежит к этому звездному объединению . [19]

Эффект магнитной драпировки [ править ]

Подобный эффект, известный как эффект магнитного драпирования, возникает, когда поток суперальвеновской плазмы ударяется о немагнитный объект, например, что происходит, когда солнечный ветер достигает ионосферы Венеры: [20] поток отклоняется вокруг объекта, создавая эффект магнитного поля. по кильватерному потоку. [21]

Условие для потока , чтобы быть супер-Alfvenic означает , что относительная скорость между потоком и объектом, является большим , чем локальная альфвеновской скорость , что означает большое число Маха Alfvenic: . Для немагнитных и электропроводящих объектов окружающее поле создает электрические токи внутри объекта и в окружающую плазму, так что поток отклоняется и замедляется, поскольку временной масштаб магнитной диссипации намного больше, чем временной масштаб адвекции магнитного поля . Индуцированные токи, в свою очередь, создают магнитные поля, которые отклоняют поток, создавая ударную волну. Например, ионосферы Марса и Венеры обеспечивают проводящую среду для взаимодействия с солнечным ветром. Без ионосферы текущая намагниченная плазма поглощается непроводящим телом. Последнее происходит, например, при взаимодействии солнечного ветра с Луной , не имеющей ионосферы. При магнитной драпировке силовые линии наматываются на переднюю сторону объекта, образуя узкую оболочку, подобную ударным волнам в планетарных магнитосферах. Сосредоточенное магнитное поле увеличивается до тех пор, пока давление поршня не станет сопоставимым с магнитным давлением в оболочке:

где - плотность плазмы, - задрапированное магнитное поле около объекта и - относительная скорость между плазмой и объектом. Магнитное драпирование было обнаружено вокруг планет, лун, солнечных корональных выбросов массы и галактик. [22]

См. Также [ править ]

  • Ударная волна
  • Ударные волны в астрофизике
  • Heliosheath
  • Ферми свечение
  • Носовой амортизатор (аэродинамика)

Примечания [ править ]

  1. ^ Sparavigna, AC; Р. Мараццато (10 мая 2010 г.). «Наблюдение за толчками из лука звезды». arXiv : 1005.1527 [ Physics.space -ph ].
  2. ^ Mazelle, C .; Winterhalter, D .; Sauer, K .; Тротиньон, JG; и другие. (2004). "Удар из лука и восходящие явления на Марсе". Обзоры космической науки . 111 (1): 115–181. Bibcode : 2004SSRv..111..115M . DOI : 10,1023 / Б: SPAC.0000032717.98679.d0 .
  3. ^ Martinecz, C .; и другие. (2008). «Расположение головной ударной волны и границы ионного состава на Венере - начальные определения с Венеры экспресс ASPERA-4». Планетарная и космическая наука . 56 (6): 780–784. Bibcode : 2008P & SS ... 56..780M . DOI : 10.1016 / j.pss.2007.07.007 .
  4. ^ Сеге, Кароли (18 июля 2003). "Измерения с помощью плазменного спектрометра Кассини структуры головной ударной волны Юпитера" . Журнал геофизических исследований: космическая физика . 108 (A7): 1287. Bibcode : 2003JGRA..108.1287S . DOI : 10.1029 / 2002JA009517 . Архивировано из оригинала на 2013-12-06 . Проверено 27 ноября 2013 .
  5. ^ "Кассини сталкивается с ударом носа Сатурна" . Кафедра физики и астрономии Университета Айовы .
  6. ^ «Кластер показывает, что ударная волна Земли очень тонкая» . Европейское космическое агентство . 16 ноября 2011 г.
  7. ^ "Кластер показывает преобразование ударной волны Земли" . Европейское космическое агентство . 11 мая 2011г.
  8. ^ Джонс, DE; Смит, EJ; Славин Я.А. Цурутани, БТ; Siscoe, GL; Мендис, Д.А. (1986). "Носовая волна кометы Джакобини-Циннера - наблюдения магнитного поля ICE". Geophys. Res. Lett . 13 (3): 243–246. Bibcode : 1986GeoRL..13..243J . DOI : 10.1029 / GL013i003p00243 .
  9. ^ Грингауз, KI; Gombosi, TI; Ремизов А.П .; Szemerey, I .; Веригин, М.И.; и другие. (1986). «Первые измерения плазмы и нейтрального газа на комете Галлея». Природа . 321 : 282–285. Bibcode : 1986Natur.321..282G . DOI : 10.1038 / 321282a0 .
  10. ^ Neubauer, FM; Marschall, H .; Pohl, M .; Glassmeier, K.-H .; Musmann, G .; Мариани, Ф .; и другие. (1993). «Первые результаты эксперимента на магнитометре Джотто во время встречи П. / Григга-Скьеллерупа». Астрономия и астрофизика . 268 (2): L5 – L8. Бибкод : 1993A & A ... 268L ... 5N .
  11. ^ Gunell, H .; Goetz, C .; Саймон Ведлунд, C .; Lindkvist, J .; Hamrin, M .; Nilsson, H .; LLera, K .; Eriksson, A .; Хольмстрём, М. (2018). «Удар из лука младенца: новый рубеж при слабой активности кометы» (PDF) . Астрономия и астрофизика . 619 : L2. Bibcode : 2018A & A ... 619L ... 2G . DOI : 10.1051 / 0004-6361 / 201834225 .
  12. ^ «APOD: 24 июня 2002 - гелиосферы и Гелиопауза Солнца» .
  13. ^ НАСА - IBEX показывает недостающую границу на краю Солнечной системы
  14. ^ МакКомас, диджей; Алексашов, Д .; Bzowski, M .; Fahr, H .; Heerikhuisen, J .; Измоденов, В .; Ли, Массачусетс; Möbius, E .; Погорелов, Н .; Schwadron, NA; Занк, ГП (2012). "Межзвездное взаимодействие гелиосферы: без удара лука". Наука . 336 (6086): 1291–1293. Bibcode : 2012Sci ... 336.1291M . DOI : 10.1126 / science.1221054 . PMID 22582011 . 
  15. ↑ Обнаружение дальнего инфракрасного луча ударной туманности вокруг R Hya: первые результаты MIRIAD
  16. ^ Spitzer Science Center Пресс - релиз: Red Giant Погружаясь через пространство
  17. ^ "VizieR" . vizier.u-strasbg.fr . Проверено 28 апреля 2017 .
  18. ^ "Zooniverse" . www.zooniverse.org . Проверено 28 апреля 2017 .
  19. ^ melinasworldblog (26 апреля 2017 г.). «Закройте Bowshocks» . Мир Мелины . Проверено 28 апреля 2017 .
  20. ↑ Лютиков, М. (2006). «Магнитное драпирование сливающихся ядер и радиопузырьков в скоплениях галактик». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 373 (1): 73–78. arXiv : astro-ph / 0604178 . Полномочный код : 2006MNRAS.373 ... 73L . DOI : 10.1111 / j.1365-2966.2006.10835.x .
  21. ^ Шор, SN; ЛаРоса, Теннесси (1999). "Изолированные нетепловые нити центра Галактики как аналоги хвостов кометной плазмы". Астрофизический журнал . 521 (2): 587–590. arXiv : astro-ph / 9904048 . Bibcode : 1999ApJ ... 521..587S . DOI : 10.1086 / 307601 .
  22. ^ Пфроммер, Кристоф; Дурси, Л. Джонатан (2010). «Обнаружение ориентации магнитных полей в скоплениях галактик». Физика природы . 6 (7): 520–526. arXiv : 0911.2476 . Bibcode : 2010NatPh ... 6..520P . DOI : 10.1038 / NPHYS1657 .

Ссылки [ править ]

  • Кивельсон, MG; Рассел, Коннектикут (1995). Введение в космическую физику . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета . п. 129 . ISBN 978-0-521-45104-8.
  • Cravens, TE (1997). Физика плазмы Солнечной системы . Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 142 . ISBN 978-0-521-35280-2.

Внешние ссылки [ править ]

  • НАСА Astronomy Picture of the Day: Изображение ударной волны из лука (BZ Cam) (28 ноября 2000 г.)
  • NASA Astronomy Picture of the Day: Изображение ударной волны из лука (IRS8) (17 октября 2000 г.)
  • Астрономическое изображение дня НАСА: Зета Оф: Сбежавшая звезда (8 апреля 2017 г.)
  • Изображение удара лука (HD77581)
  • Изображение шока лука (LL Ori)
  • Подробнее о Путешественниках
  • Услышьте удар юпитерианского лука (от Университета Айовы)
  • Кластерный космический аппарат делает шокирующее открытие (Planetary Bow Shock)