Джеймс Данжи
Джим Данжи | |
---|---|
![]() Данжи возле своего дома в Уолберсвике держит флюгер, подаренный ему коллегами из Имперского колледжа Лондона после его выхода на пенсию в 1985 году. Флюгер выполнен в форме схемы из его статьи 1961 года, в которой были представлены концепции магнитного пересоединения и открытого магнитосфера | |
Рожденный | Джеймс Винн Данжи 1923 |
Умер | 2015 (91–92 года) |
Альма-матер | Кембриджский университет |
Научная карьера | |
Учреждения | Сиднейский университет Имперский колледж Лондона Государственный университет Пенсильвании |
Диссертация | Некоторые исследования космического магнетизма (1951 г.) |
Докторантура | Фред Хойл |
Докторанты | Стэн Коули [ 1 ] |
Джеймс Винн Данжи (1923–2015) [ 2 ] — британский учёный-космонавт, сыгравший решающую роль в создании области космической погоды и внесший значительный вклад в фундаментальное понимание физики плазмы .
Ранняя жизнь и образование
[ редактировать ]Данжи вырос в Стэмфорде, Линкольншир , в семье школьного учителя. Во время Второй мировой войны он работал в британском Томпсон-Хьюстоне в Регби над разработками для радаров . После окончания войны в 1947 году он получил степень в Колледже Магдалины в Кембридже , входящем в состав Кембриджского университета . Затем он защитил докторскую степень. в том же учреждении под руководством Фреда Хойла . [ 2 ]
Карьера и исследования
[ редактировать ]С 1950 по 1953 год Данжи работал в Сиднейском университете вместе с Роном Джованелли , с 1953 по 1954 год — в Пенсильванском государственном университете , а с 1954 по 1957 год — снова в Кембриджском университете. С 1957 по 1959 год он преподавал математику в Королевском колледже Ньюкасл-апон-Тайн (ныне Университет Ньюкасла), а с 1959 по 1963 год работал в Учреждении по атомному оружию Великобритании . В 1963 году он перешёл в лабораторию Блэкетта Имперского колледжа Лондона , где был профессором физики с 1965 года до выхода на пенсию в 1984 году. [ 3 ] [ 4 ]
Открытие магнитного пересоединения
[ редактировать ]Данжи представил концепцию магнитного пересоединения — механизма, который изначально не был принят, но теперь признан имеющим фундаментальное значение во всех областях физики плазмы (ионизированного газа). Магнитное пересоединение оказывает ключевое влияние на астрофизическую, космическую и лабораторную плазму, преобразуя магнитную энергию в тепло и заряженные частицы. Это также позволяет реализовать широкий спектр явлений за счет реконфигурации линий магнитного поля. Пересоединение — это процесс, происходящий в солнечной короне, межпланетном пространстве, магнитосфере Земли, термоядерных токамаках и многих астрофизических объектах. Это также ключевой контролирующий фактор воздействия космической погоды на операционные системы, вызывающий выделение энергии в солнечных вспышках и выбросах корональной массы (КВМ) и являющийся ключевым механизмом, передающим энергию от потока солнечного ветра (и ее усиление за счет КВМ). ) к космической среде Земли, магнитосфере . [ 5 ] Он также очень важен в исследованиях термоядерного синтеза, поскольку вызывает проблемы с магнитным удержанием плазмы в токамаках , но в некоторых устройствах используется для сжатия плазмы.
Данжи рассмотрел происхождение известной системы токов в полярных ионосферах, обнаруженных с помощью высокоширотных магнитометров. [ 6 ] К этой работе его направил его научный руководитель Фред Хойл после того, как Хойл исследовал докторскую диссертацию Рона Джованелли в Сиднее, Австралия — диссертацию, которая содержала концепцию магнитных нулей, действующих на солнечные вспышки путем аннигиляции противоположно направленных магнитных полей. на текущих листах. Хойл задавался вопросом, может ли такой механизм привести в действие полярное сияние на Земле. Инновации Данжи заключались в ограничении области магнитного взаимодействия в токовом слое и предсказании изменений топологии магнитного поля: это позволяло заряженным частицам и пересоединенному магнитному потоку уходить вдоль токового слоя. [ 3 ] [ 7 ]
Первоначальная реакция и принятие повторного подключения
[ редактировать ]Поначалу у Данжи были трудности с публикацией своей работы. Самым важным журналом британских исследований в области космической физики в то время был « Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества», но его статья была отклонена. По совету Сиднея Чепмена он представил работу в журнал Philosophical Magazine , где она была наконец принята. [ 8 ] Возникли технические проблемы с механизмом, которые необходимо было преодолеть. Например, первоначальная теория Паркера и Свита, [ 9 ] [ 10 ] хотя и обеспечивает магнитное пересоединение, оно недостаточно быстрое и не может обеспечить достаточное напряжение (которое, согласно закону Фарадея , равно скорости передачи магнитного потока). Эту проблему решил аэродинамик Гарри Петчек. [ 11 ] который добавил ударные фронты, стоящие на притоке к месту пересоединения: они имеют ряд эффектов, но критически открывают область оттока, чтобы обеспечить более быстрый выброс пересоединенного потока и плазмы вдоль токового слоя, что является ограничением для пересоединения Паркера-Свита. и причина прекращения магнитной аннигиляции. Сейчас признано, что ту же роль играют альфвеновские волны .
В дополнение к этой действительной проблеме, которую необходимо было преодолеть, было поднято множество ложных проблем: например, ненадлежащее применение « закона Ленца » (проблема, которую Данжи знал и решил в своей докторской работе) и ненужные философские возражения. к понятию движущихся силовых линий магнитного поля. В статье Данжи 1961 года описывалось то, что стало называться «моделью открытой магнитосферы», и она лишь незадолго до появления натурных измерений с помощью космических аппаратов. По мере накопления большего количества космических данных тем длиннее становился список особенностей структуры и поведения магнитосферы и ионосферы, которые однозначно объяснялись его идеей. [ 12 ] [ 13 ] Тем не менее, по иронии судьбы, принятие этой концепции было более универсальным в областях, далеких от физики магнитосферы, таких как физика Солнца, астрофизика и лабораторная физика плазмы (включая исследования термоядерного синтеза). [ 5 ] В частности, нобелевский лауреат Ханнес Альфвен был активным, резким и влиятельным критиком, отвергавшим пересоединение вместе со своей собственной (и теперь почти повсеместно используемой) концепцией вмороженного магнитного потока для крупномасштабной плазмы (также называемой « теоремой Альвена » или «идеальная МГД»), [ 14 ] которое было частью формулировки магнитогидродинамики (МГД), за которую он получил Нобелевскую премию в 1970 году. Пересоединение - это распад идеальной МГД, который происходит в тонких токовых слоях и обеспечивает решение одного из самых больших возражений против идеальной МГД путем распутывания поля. линии, которые в противном случае были бы еще более запутаны сдвигами скорости плазмы и вихрями, если бы они были вморожены без них. Сегодня пересоединение хорошо известно как ключевой механизм, который имеет жизненно важное значение для объяснения передачи массы, энергии и импульса от солнечного ветра в магнитосферу, тем самым вызывая земную космическую погоду и геомагнитные возмущения. [ 5 ]
Циркуляция плазмы в магнитосфере, вызванная пересоединением, называется «конвекцией» и часто упоминается как цикл Данжи . Данжи представлял это как устойчивую циркуляцию с электрическими полями, отображаемыми по всей магнитосфере (как и предсказывает закон Фарадея для устойчивого состояния); однако дисбалансы напряжений пересоединения в дневной магнитопаузе и в токовом слое ночного хвоста позже были признаны источником явления цикла авроральной суббури . [ 15 ] Конвекционная циркуляция в ионосфере и магнитосфере для этих нестационарных условий объясняется моделью «расширяющейся сжимающейся полярной шапки» (ECPC), а цикл Данжи понимается как движение плазмы (и вмороженного поля), возвращающее магнитосферу. -ионосферная система приближается к равновесию после того, как она была нарушена пересоединением дневной стороны и/или хвоста. [ 16 ]
Дальнейшая жизнь
[ редактировать ]Награждение почетным членом Европейского геофизического общества (ныне Европейский союз геонаук ) в 1994 году подчеркнуло важность и широту работы Данжи как учёного, так и в обучении последующих поколений. [ 17 ]
Многие особенности магнитосферы Земли были впервые предложены и исследованы Данжи после того, как он предложил магнитное пересоединение. Он был первым, кто вычислил длину геомагнитного хвоста. [ 18 ] и его ценность хорошо согласовывалась с ценностью, полученной в результате первых космических полетов, посетивших этот регион космоса. [ 19 ] Он предсказал «воссоединение долей», когда межпланетное магнитное поле будет направлено на север. [ 20 ] которое наблюдается с помощью низкоорбитальных космических аппаратов (например, во время космического урагана ) и при наблюдениях дневных форм полярных сияний. [ 21 ] Пересоединение долей имеет важное значение, заключающееся в том, что магнитосфера редко, если вообще когда-либо, является равновесной системой. [ 22 ] Данжи был первым, кто предположил, что МГД- волны во внешней магнитосфере были источниками колебаний, наблюдаемых на поверхности Земли, и что эти непрерывные пульсации были резонансным процессом. [ 23 ] и, в частности, он признал роль волн Кельвина-Гельмгольца на границах магнитосферы в этом контексте. [ 24 ] и (совместно с Дэвидом Саутвудом ) показал, что эти явления дали важные механизмы и диагностику. [ 25 ] [ 26 ] Он был первым, кто осознал важность связи магнитосферы и ионосферы. [ 27 ] и работал со своим учеником Стивеном Найтом над созданием выровненных по полю потенциальных капель. [ 28 ] Он предложил диффузию частиц в радиационных поясах . [ 29 ] и (совместно со Стэном Коули и Тедом Спейзером) волны и частицы в токовых слоях. [ 30 ] Данжи был также первым, кто осознал, что гирорезонансные взаимодействия между волнами свистовой моды и электронами радиационного пояса Ван Аллена имеют важное значение для осаждения последних в ионосферу . [ 31 ] механизм, который является фундаментальным для современных исследований радиационных поясов. [ 32 ]
Данжи также руководил рядом космических физиков, которые внесли свой вклад в эту область, таких как Дэвид Саутвуд , Стэн Коули , [ 1 ] Джефф Хьюз, [ 33 ] Дон Фэрфилд [ 4 ] И Маха Ашур-Абдалла . [ нужна ссылка ] Он также был сторонником предлагаемых миссий и объектов, которые использовались следующим поколением ученых, таких как европейские радары некогерентного рассеяния ( EISCAT ) и космического агентства несколькими космическими кораблями Европейского миссия с . Данжи является автором первого предложения по кластеру, назвав его TOPS, «Тетраэдрическая обсерватория». система зондов». [ 34 ] [ 35 ] Это было в 1966 году, за 30 лет до первой попытки запуска Кластера на борту злополучного рейса V88 корабля Ariane 5 и за 34 года до успешного запуска миссии космического корабля.
Награды и почести
[ редактировать ]- 1982 года Медаль Чепмена от Королевского астрономического общества. [ 36 ]
- 1990 Золотая медаль Королевского астрономического общества. [ 37 ]
- Медаль Флеминга 1991 года от Американского геофизического союза. [ 38 ] [ 39 ]
- 1994 Почетный член Европейского геофизического общества (ныне Европейский союз геонаук ). [ 17 ]
Лекция Джеймса Данжи ежегодно читается в его честь Королевским астрономическим обществом . [ 40 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Коули, Стэнли Уильям Герберт (1972). Самосогласованные модели магнитно-нейтральных листов . Imperial.ac.uk (докторская диссертация). hdl : 10044/1/16302 . OCLC 930651468 .
- ^ Перейти обратно: а б Саутвуд, диджей (октябрь 2015 г.). «Джеймс Винн Данжи 1923–2015» . Астрономия и геофизика . 56 (5): 5.8. doi : 10.1093/astrogeo/atv162 . hdl : 10044/1/29102 .
- ^ Перейти обратно: а б Стерн, Д. (декабрь 1986 г.). «Разговор с Джимом Данжи» . Эос, Труды Американского геофизического союза . 67 (51): 1394–1395. Бибкод : 1986EOSTr..67.1394S . дои : 10.1029/eo067i051p01394 . ISSN 0096-3941 .
- ^ Перейти обратно: а б Саутвуд, диджей (февраль 2016 г.). «Джеймс Винн Данжи (1923–2015)» . Эос, Труды Американского геофизического союза . 97 . дои : 10.1029/2016EO044731 .
- ^ Перейти обратно: а б с Локвуд, М. (июнь 2016 г.). «Джим Данжи, открытая магнитосфера и космическая погода» . Космическая погода . 14 (6): 380–383. Бибкод : 2016SpWea..14..380L . дои : 10.1002/2016sw001438 . ISSN 1542-7390 .
- ^ Данжи, JW (январь 1961 г.). «Межпланетное магнитное поле и авроральные зоны» . Письма о физических отзывах . 6 (2): 47–48. Бибкод : 1961PhRvL...6...47D . дои : 10.1103/PhysRevLett.6.47 .
- ^ Коули, SWH (февраль 2016 г.). «Хойл и магнитосфера» . Астрономия и геофизика . 57 (1): 1.12. doi : 10.1093/astrogeo/atw033 . ISSN 1366-8781 .
- ^ Данжи, JW (июль 1953 г.). «LXXVI. Условия возникновения электрических разрядов в астрофизических системах» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 44 (354): 725–738. дои : 10.1080/14786440708521050 . ISSN 1941-5982 .
- ^ Свит, Пенсильвания (1958). «1958IAUS....6..123S Страница 123» . Электромагнитные явления в космической физике . 6 : 123. Бибкод : 1958IAUS....6..123S . Проверено 26 февраля 2022 г.
- ^ Паркер, EN (декабрь 1957 г.). «Механизм Свита для слияния магнитных полей в проводящих жидкостях» . Журнал геофизических исследований . 62 (4): 509–520. Бибкод : 1957JGR....62..509P . дои : 10.1029/jz062i004p00509 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Петчек, HE (1964). "1964НАССП..50..425П стр. 425" . Специальное издание НАСА . 50 : 425. Бибкод : 1964НАССП..50..425П . Проверено 26 февраля 2022 г.
- ^ Коули, SWH; Саутвуд, диджей; Миттон, С., ред. (2015). Физика магнитосферной плазмы: влияние исследований Джима Данжи . Труды по астрофизике и космической науке. Том. 41. Чам: Международное издательство Springer. дои : 10.1007/978-3-319-18359-6 . ISBN 978-3-319-18358-9 .
- ^ Коули, SWH (ноябрь 2019 г.). «Краткий портрет ученого в молодости: исследования «открытой» магнитосферы Данжи с 1960-х по 1980-е годы» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 124 (11): 8352–8360. Бибкод : 2019JGRA..124.8352C . дои : 10.1029/2019JA027507 . ISSN 2169-9380 . S2CID 210258606 .
- ^ Альфвен, Х. (август 1976 г.). «О вмороженных силовых линиях и переподключении силовых линий» . Журнал геофизических исследований . 81 (22): 4019–4021. Бибкод : 1976JGR....81.4019A . дои : 10.1029/JA081i022p04019 .
- ^ Макферрон, Р.Л. (июнь 1979 г.). «Магнитосферные суббури». Обзоры геофизики . 17 (4): 657–681. Бибкод : 1979РвГСП..17..657М . дои : 10.1029/RG017i004p00657 .
- ^ Коули, SWH; Локвуд, М. (1992). «Возбуждение и распад потоков солнечного ветра в системе магнитосфера-ионосфера» (PDF) . Анналы геофизики . 10 (1–2): 103–115. Бибкод : 1992АнГео..10..103С . ISSN 0992-7689 .
- ^ Перейти обратно: а б «Почетное членство EGS 1994» . www.egu.eu. Проверено 26 февраля 2022 г.
- ^ Данжи, JW (апрель 1965 г.). «Длина магнитосферного хвоста» . Журнал геофизических исследований . 70 (7): 1753. Бибкод : 1965JGR....70.1753D . дои : 10.1029/JZ070i007p01753 .
- ^ Хьюз, JW (1995). «Магнитопауза, магнитосфера и магнитное пересоединение». В Кивельсоне, Миннесота; Рассел, Коннектикут (ред.). Введение в космическую физику . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 227–285. ISBN 0-521-45104-3 .
- ^ Данжи, JW (1963). Структура экзосферы приключений в скоростном пространстве // Геофизика. Окружающая среда Земли. Под ред. К. ДеВитт, Ж. Хибло и А. Лебо . Нью-Йорк: Гордон и Брич. стр. 505–550.
- ^ Локвуд, М.; Моен, JI (август 1999 г.). «Реконфигурация и закрытие потока лепестков путем пересоединения во время движения МФФ на север: возможные свидетельства сигнатур авроральных выбросов острия / щели» . Анналы геофизики . 17 (8): 996–1011. Бибкод : 1999АнГео..17..996Л . дои : 10.1007/s00585-999-0996-2 . ISSN 0992-7689 . S2CID 11653923 .
- ^ Локвуд, М. (февраль 2022 г.). «Соединенная магнитосфера» . Границы астрономии и космических наук . 9 : 856188. Бибкод : 2022FrASS...956188L . дои : 10.3389/fspas.2022.856188 .
- ^ Кивельсон, М.Г. (1995). «Пульсации и магнитогидродинамические пути». В Кивельсоне, Миннесота; Рассел, Коннектикут (ред.). Введение в космическую физику . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. стр. 330–3555. ISBN 0-521-45104-3 .
- ^ Данжи, JW (1972), Дайер, ER; Рёдерер, Дж. Г. (ред.), «Нестабильность в магнитосфере (теоретическая трактовка)» , Магнитосфера , Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 219–235, doi : 10.1007/978-94-010-3130-1_8 , ISBN 978-90-277-0212-8 , получено 26 февраля 2022 г.
- ^ Данжи, JW; Саутвуд, ди-джей (апрель 1970 г.). «Сверхнизкочастотные волны в магнитосфере» . Обзоры космической науки . 10 (5): 672. Бибкод : 1970ССРв...10..672Д . дои : 10.1007/BF00171551 . ISSN 0038-6308 . S2CID 123704816 .
- ^ Саутвуд, диджей; Данжи, JW; Этерингтон, Р.Дж. (март 1969 г.). «Отскакивающее резонансное взаимодействие между пульсациями и захваченными частицами» . Планетарная и космическая наука . 17 (3): 349–361. Бибкод : 1969P&SS...17..349S . дои : 10.1016/0032-0633(69)90068-3 .
- ^ Данжи, JW (1994). «Воспоминания, максимы и мотивы» . Журнал геофизических исследований . 99 (А10): 19189–19197. Бибкод : 1994JGR....9919189D . дои : 10.1029/94JA00105 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Найт, С. (май 1973 г.). «Параллельные электрические поля» . Планетарная и космическая наука . 21 (5): 741–750. Бибкод : 1973P&SS...21..741K . дои : 10.1016/0032-0633(73)90093-7 .
- ^ Данжи, JW (1964), «Радиационные пояса» , Планета Земля , Elsevier, стр. 311–324, doi : 10.1016/b978-0-08-010003-6.50022-5 , ISBN 978-0-08-010003-6 , получено 26 февраля 2022 г.
- ^ Робертсон, К.; Коули, SWH; Данжи, JW (апрель 1981 г.). «Волново-частичные взаимодействия в магнитно-нейтральном слое» . Планетарная и космическая наука . 29 (4): 399–403. Бибкод : 1981P&SS...29..399R . дои : 10.1016/0032-0633(81)90083-0 .
- ^ Данжи, JW (июнь 1963 г.). «Потеря электронов Ван Аллена из-за свистов» . Планетарная и космическая наука . 11 (6): 591–595. Бибкод : 1963P&SS...11..591D . дои : 10.1016/0032-0633(63)90166-1 .
- ^ Цинь, М.; и др. (декабрь 2021 г.). «Многоточечные наблюдения модулированных волн свистовой моды и энергетических осаждений электронов» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 126 (12). Бибкод : 2021JGRA..12629505Q . дои : 10.1029/2021JA029505 . S2CID 245156033 .
- ^ Профессор Джефф Хьюз. «Резюме» (PDF) . Бостонский университет . Проверено 28 февраля 2022 г.
- ^ Тейлор, MGGT (2015). «Наука кластерной миссии». В Коули, SWH; Саутвуд, диджей; Миттон, С. (ред.). Физика магнитосферной плазмы: влияние исследований Джима Данжи . Труды по астрофизике и космической науке. Том. 41. Международное издательство Спрингер. стр. 159–179. ISBN 978-3-319-18358-9 .
- ^ Сувуд, диджей (июнь 2013 г.). «Джим Данжи в 90 лет» . Астрономия и геофизика . 54 (3): 3.13–3.15. doi : 10.1093/astrogeo/att077 .
- ^ «Медалисты РАН Чепмена» (PDF) . Медалисты РАН Чепмена .
- ^ «Золотые медалисты РАН» (PDF) .
- ^ "Джеймс В. Данжи |" . www.honors.agu.org . Проверено 26 февраля 2022 г.
- ^ Аноним (1991). «Джеймс Данжи получает медаль Флеминга» . Эос, Труды Американского геофизического союза . 72 (29): 309–310. Бибкод : 1991EOSTr..72..309. . дои : 10.1029/90EO10239 . ISSN 0096-3941 .
- ^ Сайт Королевского астрономического общества. «Лекция Джеймса Данжи» . Королевское астрономическое общество . Проверено 26 февраля 2022 г.
- 1923 рождения
- смертей в 2015 г.
- Британские ученые-космонавты
- Английские физики плазмы
- Лауреаты Золотой медали Королевского астрономического общества.
- Выпускники Колледжа Магдалины в Кембридже
- Академический состав Сиднейского университета
- Академики Университета Ньюкасла
- Академики Имперского колледжа Лондона
- Люди из Стэмфорда, Линкольншир