Лук шок

В астрофизике возникает головная ударная волна , когда магнитосфера астрофизического объекта взаимодействует с близлежащей текущей окружающей плазмой, такой 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 этой границей обычно является край астросферы , где звездный ветер встречается с межзвездной средой . ^[1]

Описание

Определяющим критерием ударной волны является то, что объемная скорость плазмы падает со « сверхзвуковой » до «дозвуковой», где скорость звука c _s определяется выражением $c_{s}^{2}=\gamma p/\rho$ где $\gamma$ - отношение удельных теплоемкостей , $p$ это давление , и $\rho$ – плотность плазмы.

Распространенной сложностью в астрофизике является наличие магнитного поля. Например, заряженные частицы, составляющие солнечный ветер, следуют по спиральным траекториям вдоль силовых линий магнитного поля. Скорость каждой частицы, вращающейся вокруг силовой линии, можно рассматривать аналогично тепловой скорости в обычном газе, а в обычном газе средняя тепловая скорость примерно равна скорости звука. При головной ударной волне основная поступательная скорость ветра (которая является компонентом скорости, параллельной силовым линиям, вокруг которых вращаются частицы) падает ниже скорости, с которой вращаются частицы.

Вокруг Земли

Наиболее изученным примером головной ударной волны является тот, который возникает там, где солнечный ветер сталкивается с магнитопаузой Земли , хотя головные ударные волны происходят вокруг всех планет, как ненамагниченных, например, Марс ^[2] и Венера ^[3] и намагничены, например, Юпитер ^[4] или Сатурн . ^[5] Головная ударная волна Земли имеет толщину около 17 километров (11 миль). ^[6] и расположен примерно в 90 000 километров (56 000 миль) от планеты. ^[7]

У комет

Головные ударные волны образуются у комет в результате взаимодействия солнечного ветра и ионосферы 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 пролетали мимо комет 21P/Джакобини-Циннера . ^[8] 1П/Халлея , ^[9] и 26P/Григг–Скеллеруп . ^[10] Затем было обнаружено, что головные толчки комет шире и более постепенные, чем резкие планетарные толчки, наблюдаемые, например, на Земле. Все эти наблюдения были сделаны вблизи перигелия , когда головные ударные волны уже полностью развились.

Космический корабль «Розетта» следовал за кометой 67P/Чурюмова-Герасименко издалека Солнечной системы, на гелиоцентрическом расстоянии 3,6 а.е. , в сторону перигелия на расстоянии 1,24 а.е. и снова обратно. Это позволило Розетте наблюдать головную ударную волну в том виде, в котором она сформировалась, когда выделение газа увеличилось во время путешествия кометы к Солнцу. На этой ранней стадии развития шок назывался «младенческим луковым шоком». ^[11] Младенческая головная ударная волна асимметрична и относительно расстояния до ядра шире, чем полностью развитая головная ударная волна.

Вокруг Солнца

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 завершающей ударной волной , точка, где давление межзвездной среды и солнечного ветра уравновешивается, является гелиопаузой , а точка, где поток межзвездной среды становится дозвуковым, будет луковый шок. Считалось, что эта солнечная ударная волна находится на расстоянии около 230 а.е. ^[12] от Солнца – более чем в два раза больше расстояния до конечной ударной волны, с которым столкнулся космический корабль «Вояджер».

(IBEX) НАСА, Однако данные, полученные в 2012 году с помощью аппарата Interstellar Boundary Explorer указывают на отсутствие какой-либо солнечной ударной волны. ^[13] Наряду с подтверждающими результатами космического корабля «Вояджер» , эти результаты послужили причиной некоторых теоретических усовершенствований; В настоящее время считается, что образованию головной ударной волны препятствует, по крайней мере, в галактической области, через которую проходит Солнце, сочетание силы местного межзвездного магнитного поля и относительной скорости гелиосферы. ^[14]

Вокруг других звезд

была обнаружена головная ударная волна в дальнем инфракрасном диапазоне В 2006 году вблизи звезды AGB R Гидры . ^[15]

Головные ударные волны также являются общей чертой объектов Хербига Аро , в которых гораздо более сильный коллимированный поток газа и пыли из звезды взаимодействует с межзвездной средой, создавая яркие головные ударные волны, видимые в оптических длинах волн.

сделал Космический телескоп Хаббл эти изображения головных ударных волн, состоящих из плотных газов и плазмы в туманности Ориона .

Вокруг массивных звезд

Если массивная звезда является убегающей звездой , она может сформировать инфракрасную головную ударную волну, которую можно обнаружить в диапазоне 24 мкм, а иногда и в 8 мкм космического телескопа Спитцер или каналов W3/W4 WISE . В 2016 г. Кобульники и др. действительно создал самый большой на сегодняшний день каталог ударных амортизаторов Spitzer/WISE, включающий 709 кандидатов на ударные амортизаторы. ^[17] Чтобы получить больший каталог головных ударных волн, проект «Млечный Путь» ( проект Citizen Science ) направлен на картирование инфракрасных ударных волн в галактической плоскости. Этот более крупный каталог поможет понять звездный ветер массивных звезд. ^[18]

Дзета Змееносца — самая известная стрела массивной звезды. Изображение получено космическим телескопом Спитцер.

Ближайшие звезды с инфракрасными ударными волнами:

Имя	Расстояние ( ПК )	Спектральный тип	Принадлежит
Мимоза	85	Б1IV	Подгруппа Нижнего Центавра – Креста
Альфа летает	97	Б2IV	Подгруппа Нижнего Центавра – Креста
Акрукс	99	Б1В+Б0,5IV	Подгруппа Нижнего Центавра – Креста
Зета Змееносца	112	O9.2IVnn	Верхняя подгруппа Скорпиона
Тета Карина	140	Б0Вп	ИК 2602
Ты знаешь Скорпиона	145	Б0,2 В	Верхняя подгруппа Скорпиона
Дельта Скорпиона	150	Б0.3IV	Верхняя подгруппа Скорпиона
Эпсилон Персей	195	Б1.5III
Альният	214	О9.5(В)+В7(В)	Верхняя подгруппа Скорпиона

Большинство из них принадлежат к ассоциации Скорпиона-Центавра , а Тета Киля , ярчайшая звезда IC 2602 , также может принадлежать к подгруппе Нижнего Центавра-Креста. Эпсилон Персея не принадлежит к этому звездному объединению . ^[19]

Эффект магнитной драпировки

Похожий эффект, известный как эффект магнитного драпирования, возникает, когда поток суперальфвеновой плазмы сталкивается с ненамагниченным объектом, например, что происходит, когда солнечный ветер достигает ионосферы Венеры: ^[20] поток отклоняется вокруг объекта, драпируя магнитное поле вдоль следа потока. ^[21]

Условие суперальвеновости потока означает, что относительная скорость между потоком и объектом $v$ , больше локальной альфвеновской скорости $V_{A}$ что означает большое альвеновское число Маха: $M_{A}\gg 1$ . Для ненамагниченных и электропроводящих объектов окружающее поле создает электрические токи внутри объекта и в окружающей плазме, так что поток отклоняется и замедляется, поскольку временной масштаб диссипации магнитного поля намного больше, чем временной масштаб адвекции магнитного поля . Индуцированные токи, в свою очередь, генерируют магнитные поля, которые отклоняют поток, создавая головную 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 магнитном драпировании силовые линии оборачиваются вокруг передней стороны объекта, создавая узкую оболочку, похожую на головные ударные волны в планетарных магнитосферах. Концентрированное магнитное поле увеличивается до тех пор, пока давление поршня не станет сравнимым с магнитным давлением. в ножнах:

\rho _{0}v^{2}={\frac {B_{0}^{2}}{2\mu _{0}}},

где $\rho _{0}$ плотность плазмы, $B_{0}$ – драпированное магнитное поле вблизи объекта, а $v$ — относительная скорость между плазмой и объектом. Магнитное драпирование было обнаружено вокруг планет, лун, солнечных корональных выбросов массы и галактик. ^[22]

См. также

Примечания

^ Спаравинья, AC; Мараззато, Р. (10 мая 2010 г.). «Наблюдение ударных волн звезд». arXiv : 1005.1527 [ physical.space-ph ].
^ Мазель, К.; Винтерхальтер, Д.; Зауэр, К.; Тротиньон, Дж.Г.; и др. (2004). «Ударная волна и явления вверх по течению на Марсе». Обзоры космической науки . 111 (1): 115–181. Бибкод : 2004ССРв..111..115М . дои : 10.1023/B:SPAC.0000032717.98679.d0 . S2CID 122390881 .
^ Мартинец, К.; и др. (2008). «Расположение границ головной ударной волны и ионного состава на Венере - первоначальные определения с Венеры, экспресс ASPERA-4». Планетарная и космическая наука . 56 (6): 780–784. Бибкод : 2008P&SS...56..780M . дои : 10.1016/j.pss.2007.07.007 . S2CID 121559655 .
^ Сего, Кароли (18 июля 2003 г.). «Измерения плазменным спектрометром Кассини структуры головной ударной волны Юпитера» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 108 (A7): 1287. Бибкод : 2003JGRA..108.1287S . дои : 10.1029/2002JA009517 .
^ «Кассини сталкивается с головной ударной волной Сатурна» . Кафедра физики и астрономии Университета Айовы .
^ «Скопление показывает, что головная ударная волна Земли удивительно тонкая» . Европейское космическое агентство . 16 ноября 2011 г.
^ «Скопление демонстрирует реформацию головной ударной волны Земли» . Европейское космическое агентство . 11 мая 2011 г.
^ Джонс, Делавэр; Смит, Э.Дж.; Славин, Дж.А.; Цурутани, БТ; Сиско, GL; Мендис, Д.А. (1986). «Лучная волна кометы Джакобини-Циннера - наблюдения магнитного поля ICE». Геофиз. Рез. Летт . 13 (3): 243–246. Бибкод : 1986GeoRL..13..243J . дои : 10.1029/GL013i003p00243 .
^ Грингауз, К.И.; Гомбоси, Техас; Ремизов А.П.; Семерей, И.; Веригин, М.И.; и др. (1986). «Первые натурные измерения плазмы и нейтрального газа на комете Галлея». Природа . 321 : 282–285. Бибкод : 1986Natur.321..282G . дои : 10.1038/321282a0 . S2CID 117920356 .
^ Нойбауэр, FM; Маршалл, Х.; Пол, М.; Глассмайер, К.-Х.; Мусманн, Г.; Мариани, Ф.; и др. (1993). «Первые результаты эксперимента с магнитометром Джотто во время встречи П / Григга и Скьеллерупа». Астрономия и астрофизика . 268 (2): L5–L8. Бибкод : 1993A&A...268L...5N .
^ Гунелл, Х.; Гетц, К.; Саймон Ведлунд, К.; Линдквист, Дж.; Хамрин, М.; Нильссон, Х.; Ллера, К.; Эрикссон, А.; Хольмстрем, М. (2018). «Младенческая ударная волна: новый рубеж кометы со слабой активностью» (PDF) . Астрономия и астрофизика . 619 : Л2. Бибкод : 2018A&A...619L...2G . дои : 10.1051/0004-6361/201834225 .
^ Астронет > Солнечная гелиосфера и гелиопауза, 24 июня 2002 г.
^ «НАСА - IBEX обнаруживает недостающую границу на краю Солнечной системы» . Архивировано из оригинала 7 марта 2013 г. Проверено 12 мая 2012 г.
^ МакКомас, диджей; Алексашов Д.; Бзовски, М.; Фар, Х.; Херихейзен, Дж.; Измоденов В.; Ли, Массачусетс; Мёбиус, Э.; Погорелов Н.; Швадрон, Северная Каролина; Занк, врач общей практики (2012). «Межзвездное взаимодействие гелиосферы: без ударной волны» . Наука . 336 (6086): 1291–1293. Бибкод : 2012Sci...336.1291M . дои : 10.1126/science.1221054 . ПМИД 22582011 . S2CID 206540880 .
^ Обнаружение туманности Луковой ударной волны в дальнем инфракрасном диапазоне вокруг R Hya: первые результаты MIRIAD
^ Пресс-релиз Научного центра Спитцер: Красный гигант, погружающийся в космос
^ «ВизиР» . vizier.u-strasbg.fr . Проверено 28 апреля 2017 г.
^ «Зоониверс» . www.zooniverse.org . Проверено 28 апреля 2017 г.
^ melinasworldblog (26 апреля 2017 г.). «Близкие локоны» . Мир Мелины . Проверено 28 апреля 2017 г.
^ Лютиков, М. (2006). «Магнитная драпировка сливающихся ядер и радиопузырей в скоплениях галактик». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 373 (1): 73–78. arXiv : astro-ph/0604178 . Бибкод : 2006МНРАС.373...73Л . дои : 10.1111/j.1365-2966.2006.10835.x . S2CID 15052976 .
^ Шор, Северная Каролина; ЛаРоса, Теннесси (1999). «Изолированные нетепловые нити в центре Галактики как аналоги плазменных хвостов комет». Астрофизический журнал . 521 (2): 587–590. arXiv : astro-ph/9904048 . Бибкод : 1999ApJ...521..587S . дои : 10.1086/307601 . S2CID 15873207 .
^ Пфроммер, Кристоф; Дурси, Л. Джонатан (2010). «Обнаружение ориентации магнитных полей в скоплениях галактик». Физика природы . 6 (7): 520–526. arXiv : 0911.2476 . Бибкод : 2010NatPh...6..520P . дои : 10.1038/NPHYS1657 . S2CID 118650391 .

Ссылки

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

Внешние ссылки

[1] Спаравинья, AC; Мараззато, Р. (10 мая 2010 г.). «Наблюдение ударных волн звезд». arXiv : 1005.1527 [ physical.space-ph ].

[2] Мазель, К.; Винтерхальтер, Д.; Зауэр, К.; Тротиньон, Дж.Г.; и др. (2004). «Ударная волна и явления вверх по течению на Марсе». Обзоры космической науки . 111 (1): 115–181. Бибкод : 2004ССРв..111..115М . дои : 10.1023/B:SPAC.0000032717.98679.d0 . S2CID 122390881 .

[3] Мартинец, К.; и др. (2008). «Расположение границ головной ударной волны и ионного состава на Венере - первоначальные определения с Венеры, экспресс ASPERA-4». Планетарная и космическая наука . 56 (6): 780–784. Бибкод : 2008P&SS...56..780M . дои : 10.1016/j.pss.2007.07.007 . S2CID 121559655 .

[4] Сего, Кароли (18 июля 2003 г.). «Измерения плазменным спектрометром Кассини структуры головной ударной волны Юпитера» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 108 (A7): 1287. Бибкод : 2003JGRA..108.1287S . дои : 10.1029/2002JA009517 .

[5] «Кассини сталкивается с головной ударной волной Сатурна» . Кафедра физики и астрономии Университета Айовы .

[6] «Скопление показывает, что головная ударная волна Земли удивительно тонкая» . Европейское космическое агентство . 16 ноября 2011 г.

[7] «Скопление демонстрирует реформацию головной ударной волны Земли» . Европейское космическое агентство . 11 мая 2011 г.

[8] Джонс, Делавэр; Смит, Э.Дж.; Славин, Дж.А.; Цурутани, БТ; Сиско, GL; Мендис, Д.А. (1986). «Лучная волна кометы Джакобини-Циннера - наблюдения магнитного поля ICE». Геофиз. Рез. Летт . 13 (3): 243–246. Бибкод : 1986GeoRL..13..243J . дои : 10.1029/GL013i003p00243 .

[9] Грингауз, К.И.; Гомбоси, Техас; Ремизов А.П.; Семерей, И.; Веригин, М.И.; и др. (1986). «Первые натурные измерения плазмы и нейтрального газа на комете Галлея». Природа . 321 : 282–285. Бибкод : 1986Natur.321..282G . дои : 10.1038/321282a0 . S2CID 117920356 .

[10] Нойбауэр, FM; Маршалл, Х.; Пол, М.; Глассмайер, К.-Х.; Мусманн, Г.; Мариани, Ф.; и др. (1993). «Первые результаты эксперимента с магнитометром Джотто во время встречи П / Григга и Скьеллерупа». Астрономия и астрофизика . 268 (2): L5–L8. Бибкод : 1993A&A...268L...5N .

[11] Гунелл, Х.; Гетц, К.; Саймон Ведлунд, К.; Линдквист, Дж.; Хамрин, М.; Нильссон, Х.; Ллера, К.; Эрикссон, А.; Хольмстрем, М. (2018). «Младенческая ударная волна: новый рубеж кометы со слабой активностью» (PDF) . Астрономия и астрофизика . 619 : Л2. Бибкод : 2018A&A...619L...2G . дои : 10.1051/0004-6361/201834225 .

[12] Астронет > Солнечная гелиосфера и гелиопауза, 24 июня 2002 г.

[bow-13] «НАСА - IBEX обнаруживает недостающую границу на краю Солнечной системы» . Архивировано из оригинала 7 марта 2013 г. Проверено 12 мая 2012 г.

[14] МакКомас, диджей; Алексашов Д.; Бзовски, М.; Фар, Х.; Херихейзен, Дж.; Измоденов В.; Ли, Массачусетс; Мёбиус, Э.; Погорелов Н.; Швадрон, Северная Каролина; Занк, врач общей практики (2012). «Межзвездное взаимодействие гелиосферы: без ударной волны» . Наука . 336 (6086): 1291–1293. Бибкод : 2012Sci...336.1291M . дои : 10.1126/science.1221054 . ПМИД 22582011 . S2CID 206540880 .

[15] Обнаружение туманности Луковой ударной волны в дальнем инфракрасном диапазоне вокруг R Hya: первые результаты MIRIAD

[16] Пресс-релиз Научного центра Спитцер: Красный гигант, погружающийся в космос

[17] «ВизиР» . vizier.u-strasbg.fr . Проверено 28 апреля 2017 г.

[18] «Зоониверс» . www.zooniverse.org . Проверено 28 апреля 2017 г.

[19] sworldblog (26 апреля 2017 г.). «Близкие локоны» . Мир Мелины . Проверено 28 апреля 2017 г.

[20] Лютиков, М. (2006). «Магнитная драпировка сливающихся ядер и радиопузырей в скоплениях галактик». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 373 (1): 73–78. arXiv : astro-ph/0604178 . Бибкод : 2006МНРАС.373...73Л . дои : 10.1111/j.1365-2966.2006.10835.x . S2CID 15052976 .

[21] Шор, Северная Каролина; ЛаРоса, Теннесси (1999). «Изолированные нетепловые нити в центре Галактики как аналоги плазменных хвостов комет». Астрофизический журнал . 521 (2): 587–590. arXiv : astro-ph/9904048 . Бибкод : 1999ApJ...521..587S . дои : 10.1086/307601 . S2CID 15873207 .

[22] Пфроммер, Кристоф; Дурси, Л. Джонатан (2010). «Обнаружение ориентации магнитных полей в скоплениях галактик». Физика природы . 6 (7): 520–526. arXiv : 0911.2476 . Бибкод : 2010NatPh...6..520P . дои : 10.1038/NPHYS1657 . S2CID 118650391 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]