авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||

«Российская академия наук Польская академия наук Rosyjska Akademia Nauk Polska Akademia Nauk НАУЧНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО МЕЖДУ ...»

-- [ Страница 5 ] --

помощью систем уравнений гидроди­ Rwnania opisujce dynamik drga g­ намического типа для амплитуд коле­ stoci niejednorodnej plazmy uwzgldnia­ баний с учетом эффектов раскачки и jce zderzenia, s dalekie od rwna typu затухания. К данному типу систем мож­ hamiltonowskiego, chocia wyrazy nieli­ но отнести и известный аттрактор Ло­ niowe s kwadratowe. Niemniej jednak, ренца. Уравнения, которые описывают uwzgldniajc charakterystyczne dla tych динамику колебаний неоднородности drga wasnoci dyspersyjne i dominuj­ плотности плазмы при учете суще­ c rol efektw zderzeniowych, udaje si ственной роли столкновений, не близ­ doprowadzi te rwnania do postaci (1), z ки к гамильтоновским, хотя и содержат jedn, ale istotn rnic — elementy ma­ квадратичные нелинейные слагаемые. cierzowe nie maj kanonicznych wasnoci Тем не менее, учитывая характерные symetrii. Zalet tego podejcia jest przej­ для этих колебаний дисперсионные rzysto i prostota analizy rezultatw wyni­ свойства и доминирование столкно­ kw symulacji, moliwo szybkiej modyfi­ вительных эффектов, удается свести kacji ukadu, jeli wczenie dodatkowych уравнения к виду (1), с единственным, efektw mona wprowadzi poprzez zmia­ но существенным отличием, заключа­ n odpowiednich wspczynnikw i/lub ющимся в том, что матричные элемен­ zwikszenie liczby modw(fal). W szcze­ ты не удовлетворяют каноническим glnoci uwzgldnienie tumienia Landaua свойствам симметрии. К преимуществу na jonach sprowadza si do dodania odpo­ 12 Турбулентность Turbulencja такого подхода относятся наглядность wiedniego liniowego wyrazu w rwnaniu и простота анализа результатов модели­ ruchu jonw. Naley zauway, e biorc рования, возможность быстрой моди­ pod uwag drgania dryfowe w zderzeniowej фикации системы, когда включение до­ niejednorodnej plazmie mona doj do полнительных эффектов производится tego typu.

изменением соответствующих коэффи­ циентов уравнений и/или увеличением числа мод. В частности, учет затухания Ландау на ионах в линейном прибли­ жении производится добавлением со­ ответствующего линейного слагаемого в уравнение движения ионов. Следует заметить, что, рассматривая дрейфовые колебания в столкновительной неодно­ родной плазме, также можно прийти к уравнениям данного типа.

Таким образом, можно заключить, Zatem moemy stwierdzi, e w wie­ что во многих интересных случаях воз­ lu interesujcych przypadkach, opisanie можно описывать турбулентные состо­ stanu aktywnego turbuletnego orodka, w яния активной среды, в которой суще­ ktrym istotne s zarwno efekty niestabil­ ственны эффекты как неустойчивости, noci jak i tumienia fal moe by opisane так и эффекты диссипации волн, ис­ przy wykorzystaniu uniwersalnego forma­ пользуя универсальный формализм lizmu teorii maomodowej niestabilnoci, теории маломодовой неустойчивости, ktra w duej mierze opiera si na rezulta­ базирующейся в значительной мере tach numerycznej symulacji.

на результатах численного моделиро­ вания.

ЛИТЕРАТУРА BIBLIOGRAFIA Галеев А. А., Сагдеев P. 3. (1973) Нелинейная теория плазмы // Вопросы теории плазмы / Под ред. М. А. Леонтовича. Вып. 7. М.: Атомиздат, 1973. С. 3–145.

Atamaniuk B., Volokitin A. S. (2001) Plasma Instability Suppression of the Current Instability by De­ cay Processes // Plasma Physics Reports. 2001. V. 27. Р. 598.

Dubrovin V. I., Kogan V. R., Rabinovich M. I. (1978) // Fizika Plazmy. 1978. V. 4. Р. 1174 [Soviet J.

Plasma Physics. 1978. V. 4. Р. 658].

Gol’tsova Yu. K., Rabinovich M. I., Reutov V. P. (1975) // Fizika Plazmy. 1975. V. 1. Р. 594 [Soviet J.

Plasma Physics. 1975. V. 1. Р. 329].

Farley D. (1963) A plasma instability resulting in field aligned irregularities in the ionosphere // J.

Geophysical Research. 1963. V. 68. Р. 6083–6097.

Landau L. D., Lifshitz E. M. (1987) Fluid Mechanics. Addison­Wesley Publishing Co, Reading. MA.

1987.

Lefebvre B., Krasnoselskikh V. (2001) Nonlinear Interaction of Four Electrostatic Waves in a Plasma // Physica D. 2001. V. 152–153. Р. 742–751.

Machida S., Goertz C. K. (1988) Computer simulation of the Farley­Buneman instability and anom­ alous electron heating in the auroral ionosphere // J. Geophysical Research. 1988. V. 93.

Р. 9993.

Meunier C., Bussak M., Laval G. (1982) // Physica D. 1982. V. 4. Р. 236.

Руководители проекта: А. Волокитин;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: А. Volokitin;

B. Atamaniuk Oppenheim M., Otani N., Ronchi C. (1985) Hybrid simulations of the saturated Farley­Buneman in­ stability in the ionosphere // Geophysical Research Letters. 1985. V. 22. N. 4. P. 353–356.

doi: 10.1029/94GL03277.

Sudan R. N. (1983) Unified Theory of Type I and Type II Irregularities in the Equatorial Electrojet // J. Geophysical Research. 1983. V. 88. Р. 4853–4860.

Results of theoretical investigations of few mode turbulence in weakly inhomogeneous and collisional plasma are presented. Various regimes of stabilization of growth of unstable waves in result of its non­ linear interaction with damping oscillations of plasma at condition of small excess of a threshold are considered.

13 ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА 13 PLAZMA PYOWA Руководитель проекта Kierownik projektu с российской стороны: ze strony Rosji:

С. ПОПЕЛЬ S. POPEL Руководитель проекта Kierownik projektu с польской стороны: ze strony Polski:

Б. АТАМАНЮК B. ATAMANIUK Представлены результаты исследований Przedstawiono wyniki bada okrelajce rol по выявлению роли пылевой плазмы и из­ plazmy pyowej i plazmowo­pyowych pro­ учению плазменно­пылевых процессов в cesw w fizyce Soca i pogodzie kosmicznej.

плазменной гелиогеофизике и космической Pooony zosta nacisk na opis pyu w magne­ погоде. Основное внимание уделено описа­ tosferze Ziemi, wpywu naadowanych nano­ нию пыли в магнитосфере Земли, влиянию czstek na jonosfer Ziemi i formowanie si заряженных наномасштабных частиц на srebrzystych obokw w polarnych obszarach ионосферу Земли и формированию сере­ mezosfery, obserwacyjnych aspektw kolek­ бристых облаков и полярных мезосферных tywnych procesw w plazmie pyowej, proce­ радиоотражений, наблюдательным прояв­ sw formowania si chwilowych atmosfer cia лениям коллективных процессов в запы­ kosmicznych nie majcych wasnych atmosfer, ленной ионосфере, процессам формиро­ takich jak Ksiyc, Merkury, asteroidy, komety вания временных атмосфер у космических i inne. W wikszoci opisanych sytuacji istotn тел, не имеющих собственной атмосферы, rol odgrywa oddziaywanie wiatru soneczne­ таких как Луна, Меркурий, астероиды, ко­ go ze sabo rozproszonymi czstkami.

меты и др. В большинстве описываемых ситуаций существенную роль играет взаи­ модействие солнечного излучения с мелко­ дисперсными частицами.

Trudno sobie wyobrazi wypeniony Трудно представить себе заполнен­ plazm obszar ukadu sonecznego bez ную плазмой область Солнечной си­ drobno rozproszonych (nano i mikro) стемы, свободную от мелкодисперс­ czstek pyu. W szczeglnoci ukadami ных (нано­ и микро­) пылевых частиц.

plazmowo­pyowymi s: wiatr soneczny, В частности, плазменно­пылевыми jonosfery i magnetosfery planet, piercie­ системами являются солнечный ветер, nie planetarne, komety, plazmowo­pyowe ионосферы и магнитосферы планет, midzyplanetarne oboki. Wyjtkiem od tej планетарные кольца, кометы, межпла­ zasady jest by moe tylko wewntrzna He­ нетные плазменно­пылевые облака.

liosfera. W wyniku oddziaywania z elek­ Пожалуй, лишь внутренняя гелиосфе­ tronami i jonami otaczajcej plazmy, jak ра — исключение из этого правила.

rwnie na skutek oddziaywania promie­ В результате взаимодействия нано­ и niowania sonecznego, nano­ i mikroczst­ микропылевых частиц с электронами ki zostaj naadowane elektrycznie i staj и ионами окружающей плазмы, а так­ sie wanym skadnikiem plazmy, istotnie же вследствие воздействия солнечного wpywajc na jej wasnoci dynamik. Pla­ излучения они приобретают электриче­ zm zawierajc naadowane nano­ i mi­ ский заряд и становятся одним из важ­ kroczstki pyu nazywa si plazm pyow, ных компонентов плазмы, существенно jeli czstki pyu oddziauj kolektywnie z влияющих на ее свойства и динамику.

plazm. Moliwa jest rwnie inna sytu­ Плазму, содержащую заряженные пы­ acja, w ktrej czsteczki pyu zachowuj si левые нано­ и микрочастицы, приня­ jak czstki prbne. Taki ukad okrelamy, то называть пылевой, если при этом jako „py w plazmie”. W odniesieniu do сказывается участие пылевых частиц в plazmy przestrzeni kosmicznej czsto uy­ коллективных плазменных процессах.

Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk Указанной ситуации противопостав­ wa si okrelenia „plazma pyowa” rwnie ляют возможность, когда пылевые ча­ w przypadkach, gdy naadowane czstki стицы ведут себя в плазме как тестовые. pyu wywouj bezporednie fizyczne lub В этом случае используется термин dynamiczne skutki.

«пыль в плазме». Однако в применении к космической плазме часто исполь­ зуется понятие «пылевая плазма» и в ситуации, когда заряженные пылевые частицы приводят к тем или иным фи­ зическим и/или динамическим послед­ ствиям.

В науках о Земле и других планетах Komponenty o nono i mikrorozmiarach нано­ и микрокомпоненты выступа­ s zasadniczymi elementami struktury Zie­ ют в качестве основных элементов их mi i innych planet, ich badanie jest koniecz­ структуры, и поэтому исследования ne do lepszego zrozumienia procesw geo­ нано­ и микрообъектов могут привести logicznych i procesw powstawania planet.

к расширению наших представлений о Na przykad protoplanetarny py ma od фундаментальных процессах геологии do 150 nm. i naley do klasy C1 hondry­ и планетообразования. Так, например, tw. Jeli przeprowadzimy zrnicowanie протопланетная пыль имеет размеры от chondrytw wglistych to otrzymamy mi­ 10 до 150 нм. Она относится к хондри­ neray wchodzce w skad paszcza Ziemi.

там класса C1. Если провести диффе­ 1. Mona stwierdzi, e przynajmniej planety ренциацию углистых хондритов, то по­ ziemskiego Ukadu Sonecznego powstay лучаются минералы, входящие в состав z nanoczstek o skadzie odpowiadajcym мантии Земли. Можно сделать вывод, chondrytom wglistym. Istniej powane что, по крайней мере, планеты земной argumenty przemawiajce za zaoeniem, группы Солнечной системы произош­ e Ukad Soneczny powsta z plazmy za­ ли из наномасштабных частиц, состав wierajcej naadowane czstki pyu. W pla­ которых отвечает углистым хондритам. zmie jonosfer i magnetosfer planet Ukadu Имеются серьезные аргументы в пользу Sonecznego wykryte zostay nano i mi­ предположения о том, что Солнечная kroczstki. Czsteczki znajdujce si w jo­ система в свое время сформировалась nosferze pochodz nie tylko z powierzchni из плазмы, содержащей заряженные Ziemi i ziemskiej atmosfery, powstaj one пылевые частицы. Нано­ и микромас­ bezporednio w jonosferze wyniku kon­ штабные частицы обнаруживаются в densacji pary wodnej i odparowywania плазме ионосфер и магнитосфер пла­ meteorytw. Bior one udzia w tworzeniu нет Солнечной системы. В атмосфере si srebrzystych obokw i odpowiadaj Земли частицы поднимаются на ио­ za odbiciach fal radiowych od mezosfery.

носферные высоты не только с ее по­ W magnetosferze Ziemi mamy nano­i mi­ верхности, но непосредственно обра­ kroczstki pochodzenia zarwno natural­ зуются там в результате конденсации nego jak i antropogenicznego, ktre wpy­ паров воды и испаренного метеорного waj na procesy transportu w plazmie Tak, вещества. Они участвуют в формиро­ wic badanie, w Ukadzie Sonecznym, jo­ вании серебристых облаков и поляр­ nosferach i magnetosferach Ziemi i innych ных мезосферных радиоотражений. planet, drobnych czstek pyu i plazmy py­ В магнитосфере Земли присутствуют owej moe dostarczy nowych informacji нано­ и микромасштабные частицы na temat orodka midzygwiezdnego, me­ естественного и антропогенного про­ chanizmw powstawania planet i o wpy­ исхождения, влияющие на характер wie procesw zachodzcych na Socu na процессов переноса в плазме. Таким zjawiska geofizyczne.

13 Пылевая плазма Plazma pyowa образом, изучение мелкодисперсных частиц и пылевой плазмы в Солнечной системе, ионосферах и магнитосферах Земли и других планет может дать но­ вую информацию о межзвездном веще­ стве, механизмах планетообразования, о влиянии процессов, происходящих на Солнце, на геофизические явления.

ПЫЛЬ В МАГНИТОСФЕРЕ ЗЕМЛИ PY W MAGNETOSFERZE ZIEMI Основные исследования межпла­ Podstawowe badania pyu midzyplane­ нетной пыли проводятся по данным tarnego przeprowadza si zgodnie z dany­ наблюдений в магнитосфере Земли mi pochodzcymi z obserwacji magnetos­ [Izvekova, Popel, 2010]. При этом часто fery Ziemi [Izvekova, Popel, 2010]. Czsto предполагается существование некото­ przyjmuje si istnienie pewnej umownej рой условной плотности вещества пы­ gstoci czstek pyu takiej samej dla cae­ левых частиц, единой для всей межпла­ go midzyplanetarnego pyu naley jednak нетной пыли. Следует, однако, иметь bra pod uwag, e gsto pyu zmienia si в виду, что плотность вещества пыли w szerokim zakresie wartoci. Co wicej, изменяется в достаточно широком диа­ bardzo czsto ksztat czsteczek pyu jest пазоне величин. Более того, часто пы­ na tyle zoony i rnorodny, e trudne jest левые частицы имеют столь сложную wprowadzenie pojcia gstoci. Szczego­ форму, что введение понятия плот­ wa analiza rozmiarw i gstoci czsteczek ности для таких частиц затруднено. pyu w pobliu komety Halleya, mikrokra­ Параметры, полученные на основе де­ terw na Ksiycu, zebranych przez son­ тального анализа размеров и плотности dy kosmiczne pozwala uzyska parametry пылевых частиц вблизи кометы Галлея, powszechnie uywane do badania proce­ частиц из микрократеров на Луне, по­ sw adowania i dynamiki czstek pyo­ токов метеороидов, межпланетных пы­ wych wystpujcych magnetosferze Ziemi i левых частиц, собранных космически­ Ukadzie Sonecznym. W tabeli 1 podane ми аппаратами, широко используются s rozmiary R i gstoci mikroskalowych для исследования зарядки и динамики czsteczek pyu.

пылевых частиц в магнитосфере Земли и Солнечной системе. В таблице приве­ дены размеры R и плотности микро­ масштабных пылевых частиц.

Размеры и плотности микромасштабных частиц космической пыли Wymiary i gsto mikroczstek pyu kosmicznego 1,00·10–5 1,44·10–5 1,77·10–5 2,04·10–5 2,98·10– R (cm) (g/cm ) 2,9 2,85 2,82 2,80 2, –5 –5 –4 – 5,57·10– R (cm) 4,51·10 6,63·10 1,02·10 2,36· (g/cm3) 2,59 2,45 2,26 1,8 1, Podstawowy skad czstek pyu midzy­ Элементный состав частиц межпла­ planetarnego i mikrometeorytw jest cz­ нетной пыли и микрометеороидов ча­ sto podobny do skadu chondrytw wgli­ сто похож на состав углеродистых мете­ stych klas C1 i C2 i zawiera takie element, оритов хондритных классов С1 и С2 и Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk включает такие элементы как Mg, Al, Si, jak Mg, Al, Si, S, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni. W S, Ca, Cr, Mn, Fe, Ni. Вместе с тем часто czstkach pyu midzyplanetarnego czsto встречаемые среди частиц межпланет­ spotyka si zgstki (klastery) nano­ mikro­ ной пыли нано­ и микромасштабные skalowych oliwin i metalowe (lub jego po­ оливиновые скопления, а также сфе­ chodne) kulki (spherules) o rednicach od рулы металла (или его производных) 100 do 500 nm wtopione w szko kwarcowe диаметром от 100 до 500 нм, впаянные (tak zwane GEMS — glass with embedded в силикатное стекло (так называемые metal and sulphides), niezaobserwowane, частицы GEMS — glass with embedded jako skadniki mikrometeorytw.

metal and sulphides), не наблюдались в качестве вещества микрометеороидов.

Зарядка пылевых частиц в космосе adowanie czsteczek pyu w przestrze­ осуществляется различными способа­ ni kosmicznej zachodzi na rne sposoby.

ми. Что касается частиц межпланетной W odniesieniu do pyu midzyplanetar­ пыли, основными механизмами заряд­ nego, podstawowymi mechanizmami a­ ки являются поглощение пылевыми dowania s: absorpcja elektronw i jonw частицами электронов и ионов окру­ otaczajcej plazmy przez czsteczki pyu, жающей плазмы, вторичная эмиссия wtrna emisja вторичная эмиссия электронов (электронным или ионным электронов (w wyniku uderzenia elek­ ударом), фотоэффект, а также столкно­ tronu lub jonu), efekt fotoelektryczny, jak вения пылевых частиц между собой. rwnie w wyniku zderze czsteczek pyu При прохождении пылевой частицей miedzy sob.

различных областей окружающей плаз­ Podczas przechodzenia czstek pyu мы ее заряд не остается постоянным. przez rne obszary otaczajcej plazmy Основным эффектом, связанным с ich adunek nie pozostaje stay. Gw­ процессом зарядки пылевых частиц (и, nym efektem, zwizanym z procesem a­ как следствие, их переменными заряда­ dowania czstek pyu (i w konsekwencji, ми), является диффузия орбит пылевых ich zmiennymi adunkami), jest dyfuzja частиц. Систематические вариации за­ orbit naadowanych czstek pyu. Syste­ ряда, обусловленные градиентами па­ matyczne zmiany adunku uwarunkowane раметров плазмы, а также модуляция s gradientami parametrw plazmy, mo­ токов плазмы, возникающая вслед­ dulacja prdw w plazmie, powstajca w ствие модуляции скоростей пылевых wyniku modulacji prdkoci czsteczek частиц относительно потоков плазмы, pyu wzgldem strumieni plazmy, moe dla могут приводить для разных условий к rnych warunkw prowadzi do procesw процессам переноса частиц внутри маг­ transportu czstek wewntrz magnetosfery, нитосферы, выбросам частиц из нее, а emisji czstek z magnetosfery jak rwnie также захвату магнитосферой нано­ и do przechwytywania nano­ i mikroczstek микрочастиц из окружающего про­ z otaczajcej przestrzeni странства.

На процесс переноса пылевых ча­ Proces transportu czstek pyu moe стиц в магнитосфере может влиять так­ rwnie zalee od wielkoci ich adun­ ku, osigajcego 4·105 adunku elektronu.

же большая величина их заряда, дости­ гающая 4·105 зарядов электронов. При W tym samym czasie poduna (wzdu этом продольная (вдоль магнитного pola magnetycznego) dyfuzja czstek pyu поля) диффузия пылевых частиц мо­ moe istotnie (dziesitki razy) przewysza жет существенно (в десятки раз) пре­ zwyk dyfuzj Browna czstek, podczas восходить обычную диффузию броу­ gdy dyfuzja w poprzek pola magnetycznego новской частицы, тогда как диффузия jest taka sama jak w zwyklej namagnesowa­ поперек магнитного поля, как правило, nej elektronowo­jonowej plazmie.

13 Пылевая плазма Plazma pyowa Рис. 1. Хондритная частица межпланетной пыли, прикрепленная к сферуле техногенного происхождения, состоящей из оксида алюминия (диаметр каждой частицы имеет диаметр ~6 мкм;

фото указывает на существование механизма загрязнения частиц межпланетной пыли техногенным веществом, обнаруженным в стратосфере Земли) Rys. 1. Zdjcie czstki (chondrytu) pyu midzyplanetarnego doczone do kulki pochodzenia tech­ nogennego zoonej z tlenku glinu. Kada czstka ma rednic okoo 6 mikronw. Zdjcie wskazuje na istnienie mechanizmu zanieczyszczania pyu midzyplanetarnego technogennymi substancjami znajdujcymi si w stratosferze Ziemi проходит так же, как и в обычной замаг­ ниченной электронно­ионной плазме.

Следует отметить, что определенная Naley zauway, e w magnetosferze роль в магнитосфере может принад­ pewn rol mog odgrywa czstki pocho­ лежать антропогенным частицам. На dzenia antropogenicznego. Rys. 1 przed­ рис. 1 изображена хондритная частица stawia obraz pokazujcy czstk chondrytu межпланетной пыли, прикрепленная к pyu midzyplanetarnego, doczon do сферуле техногенного происхождения, kulki, pochodzenia technogennego, ska­ состоящей из оксида алюминия (каж­ dajcej z tlenku glinu (kada o rednicy ok.

дая диаметром приблизительно 6 мкм). 6 mikronw).

ЗАРЯЖЕННАЯ ПЫЛЬ NAADOWANY PY В ИОНОСФЕРЕ ЗЕМЛИ W JONOSFERZE ZIEMI Поток метеорного вещества на Зем­ Strumie meteorytw leccych do Zie­ лю составляет несколько десятков тонн mi to kilkadziesit ton na dob. Spada­ в день. Выпадают преимущественно j gownia ciaa centymetrowe, ktre s сантиметровые тела, которые сгорают spalane (odparowywane) na wysokociach (испаряются) на высотах 70…120 км. 70…120 km. Pary te kondensuj, co pro­ Пары метеорного вещества конденси­ wadzi do pojawienia si w jonosferze drob­ Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk руются, приводя к появлению в ионо­ no rozproszonych (dymu), nanoczstek, сфере мелкодисперсных (smoke) нано ktrych koncentracja z reguy przekracza 10 см–3. Najwiksze koncentracje takich частиц с концентрациями, как правило, превышающими 10 см–3. Наибольшие czstek, rzdu 104 см–3 lub wiksze, osi­ концентрации таких частиц — бльшие gane jest na wysokociach 80…90 km. Na­ или порядка 104 см–3 — достигаются noczski mog przedostawa si do jonos­ на высотах 80…90 км. Наночастицы fery z dolnych czci atmosfery w wyniku могут также попадать в ионосферу из konwekcji czstek sadzy pochodzcych z нижней атмосферы вследствие конвек­ poarw lasw czstek pochodzenia wul­ тивного переноса частиц сажи от лес­ kanicznego.

W rezultacie, w dolnej czci ных пожаров и частиц вулканического jonosfery, na wysokociach 80…120 km происхождения. В результате в ниж­ zawsze znajduj si drobne czstki o roz­ ней ионосфере на высотах 80…120 км miarach rzdu kilku nanometrw. Naley всегда присутствуют мелкодисперсные zauway, dane obserwacyjne nanoczstek частицы с характерным размером, рав­ w dolnej jonosferze praktycznie nie istnie­ ным нескольким нанометрам. Следу­ j, poniewa optyczne metody nie pozwa­ ет отметить, что данные наблюдений laj na ich wykrycie. Informacje dotyczce о наночастицах в нижней ионосфере skadu i rozkadu rozmiarw takich czstek практически отсутствуют, поскольку mog dostarczy tylko eksperymenty rakie­ оптические методы не дают возмож­ towe, dlatego podane liczby odzwierciedla­ ности их детектировать. Информацию j jedynie modelowe przedstawienie o py­ о составе и распределении по размерам owej skadowej mezosfery. Uwaa si, e таких частиц могут дать только пролет­ nanoczstki odgrywaj wan rol w wielu ные ракетные эксперименты, поэтому zjawiskach zachodzcych w mezosferze.

указанные числа отражают лишь мо­ W letniej polarnej mezosferze, od koca дельные представления о мезосферной maja do koca sierpnia, na wysokociach пылевой компоненте. Считается, что ok 80…90 km temperature otoczenia spada наночастицы играют важную роль в 150 K, wtedy pary obecna na tych wysoko­ ряде явлений в мезосфере. В летней по­ ciach staj si przesycone. W tych warun­ лярной мезосфере с конца мая по конец kach nastpuje wzrost drobnych czstek w августа на высотах около 80…90 км тем­ otaczajcej przesyconej parze. Po osigni­ пература окружающего воздуха опуска­ ciu okrelonych rozmiarw, nanoczstki ется ниже 150 K, и пары воды, присут­ w obszarach swojej lokalizacji zaczynaj ствующие на этих высотах, становятся okrela jonizacyjne waciwoci jonosfery.

пересыщенными. В этих условиях про­ Wan cech letniej polarnej jonosfery jest исходит рост мелкодисперсных частиц obecno cienkich (w stosunku do wysoko­ в окружающем пересыщенном водяном ci atmosfery) warstw pyu, znajdujcych паре. Достигая определенного разме­ si na wysokociach 80....85 km znane, ра, выросшие наночастицы начинают jako srebrzyste oboki, a na wysokociach определять ионизационные свойства 85...95 km, nazywane s polarnymi me­ ионосферы в области своей локализа­ zosferycznymi odbiciami radiowym (Polar ции. Важной особенностью летней по­ Mesosphere Summer Echoes).

лярной ионосферы является наличие очень тонких (по сравнению со шкалой высот атмосферы) пылевых слоев, рас­ положенных на высотах 80…85 км и из­ вестных как серебристые облака, и на высотах 85…95 км, называемых поляр­ ными мезосферными радиоотражени­ ями (Polar Mesosphere Summer Echoes).

13 Пылевая плазма Plazma pyowa Систематизация наблюдательных Systematyczne obserwacje danych o данных о поведении заряженной ком­ naadowanej skadowej, letniej polarnej поненты в полярной летней мезосфере mezosfery pozwala wyrni pi charakte­ позволяет выделить пять характерных rystycznych przypadkw [Popel, 2010а–c]:

случаев [Popel, 2010а–c]:

• наблюдались значительные пониже­ • na wysokociach 80...85 km obserwuje ния концентрации (bite­outs) элек­ si znaczny spadek koncentracji (bi­ тронов и положительных ионов на te­outs) elektronw i dodatnich jonw;

высотах 80…85 км;

• наблюдались значительные пониже­ • obserwowany jest znaczny spadek ния концентрации электронов без koncentracji elektronw bez istotnej заметных изменений в концентра­ zmiany koncentracji i skadu jonw;

ции и составе положительных ионов;

• в области локализации серебристых • w obszarach lokalizacji srebrzystych облаков наблюдалось заметное уве­ obokw obserwowany by znacz­ личение концентрации электронов, ny wzrost koncentracji bez istotnej при этом концентрации ионов и их zmiany koncentracji i skadu jonw;

состав не изменялись;

• наблюдалось заметное увеличение • obserwowany by znaczny wzrost kon­ концентрации положительных ио­ centracji dodatnich jonw z jednocze­ нов с одновременным понижением snym spadkiem koncentracji elektro­ концентрации электронов;

nw;

• не наблюдалось заметных измене­ • nie zaobserwowano znacznych zmian w ний в концентрациях электронов и koncentracjach elektronw i dodatnich положительных ионов, при этом от­ jonw, rwnoczenie zaobserwowano мечались сильные радиоотражения silne odbicia fal radiowych od mezosfery от мезосферы (на высотах 85…90 км) (na wysokociach 85…90 km) dla cz­ для частот радара 50…1000 МГц. stotliwoci radaru 50…1000 MHz.

Присутствие заряженных наномас­ Obecno naadowanych nanoczstek штабных частиц в нижней ионосфере w dolnej jonosferze pozwala objani przy­ позволяет объяснить указанные наблю­ toczone dane obserwacyjne. Ich obecno дательные данные, а также существо­ pozwala rwnie wyjani istnienie cien­ вание пылевых слоев с резкими грани­ kich, o ostrych granicach, warstw pyu na цами на высотах 80…85 км. На рис. 2 wysokociach 80…85 km. Rys. 2 przedsta­ (см. с. 135) представлена зависимость wia zaleno (rd) nanoczstki od wyso­ размера (rd) наномасштабных частиц koci (hd) i czasu (t) w letniej polarnej me­ от высоты (hd) и времени (t) в летней zosferze. Jako pocztkowy profil pionowy полярной мезосфере. В качестве на­ czstek pyu przyjty zosta rozkad mo­ чального высотного профиля пылевых delowy, w ktrym czstki o promieniach частиц использовался модельный, в 10nm maj rozkad Gaussa z maksimum котором частицы радиусом 10 нм име­ na wysokoci 90 km i charakterystycznej ли гауссовское распределение по вы­ skali zmian na wysokociach 7.5 km. Ry­ сотам с максимумом на высоте 90 км и sunek przedstawia tworzenia si, w cigu характерным масштабом изменения по kilku godzin, na wysokoci okoo 80 km высотам 7,5 км. Рисунок иллюстрирует warstwy pyu (o koncentracji w zakresie od 10 do 1000 см–3) o charakterystycznych формирование в течение нескольких часов на высотах около 80 км слоя пы­ rozmiarach nieprzekraczajcych 500 nm.

левых частиц (их концентрация варьи­ Na rysunku widoczny jest wzrost czstek Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk Рис. 2. Зависимость размера пылевой частицы от времени и высоты в летней полярной ме­ зосфере. Сплошная (штриховая) кривая характеризует зависимость высоты (радиуса) пыле­ вой частицы от времени Rys. 2. Zaleno rozmiaru czstki pyu od czasu i wysokoci w letniej polarnej mezosferze. Krzywa ciga (przerywana) charakteryzuje zaleno wysokoci (promienia) czstki pyowej od czasu руется в пределах от 10 до 1000 см–3) с podczas ich sedymentacji w mezosferze.

характерным размером, не превыша­ Obecno wznoszcych prdw powietrza ющим 500 нм. На рисунке видно так­ prowadzi do wyduzenia czasu ycia cz­ же увеличение размеров частиц при их stek w mezosferze, co prowadzi do zwiek­ седиментации в мезосфере. Наличие szenia ich charakterystycznych rozmiarw.

восходящих потоков воздуха приводит к увеличению времени жизни частицы в мезосфере и соответственно к увели­ чению характерного размера частицы.

Во время выпадения высокоскорост­ Podczas wysypywania si szybkich me­ ных метеорных потоков Персеиды, Ле­ teorytw, deszczu meteorw Perseidy, ониды, Ориониды, Геминиды в спектре Leonidy, Orionidy, Geminidy, w widmie излучения ионосферы, кроме извест­ promieniowania jonosfery, oprcz znanych ных типов помех, присутствуют мак­ typw zakce pojawiaj si maksyma w симумы (так называемые «пылевые» zakresie 12..50 Hz (tak zwane linie pyowe, 13 Пылевая плазма Plazma pyowa линии) в диапазоне частот 12…50 Гц, zmieniajce swoj czsto i amplitud, которые меняют свою частоту и ампли­ obok nich pojawiaj si i znikaj satelity, туду, возле них появляются и исчезают zmienia si ksztat piku itp. Okazuje si, e сателлиты, меняется форма пика и т. п. w czasie wysypywania si szybkich deszczy Оказывается, что во время выпадения meteorytw Perseidy, Leonidy, Orionidy, высокоскоростных метеорных потоков Geminidy, na wysokociach 70..120 km, w Персеиды, Леониды, Ориониды, Геми­ zalenoci od ich rozmiarw i prdkoci, ниды происходит испарение метеорои­ nastpuje ich. Pary te ulegaj kondensacji, дов на высотах 70…120 км в зависимости co prowadzi do pojawienia si nanocz­ от размеров каждого из них и их началь­ steczek pyu pochodzenia kosmicznego.

ной скорости. Пары метеорного веще­ W wyniku istnienia nieskompensowanych ства конденсируются, приводя к по­ strumieni elektronw i jonw, dziaania явлению наномасштабных (пылевых) efektu fotoelektrycznego, wzbudzonego частиц космического происхождения. promieniowaniem sonecznym, czstki В результате нескомпенсированного zostaj naadowane elektrycznie. Pod­ электронного и ионного токов, а также czas rozchodzenia si fal elektromagne­ фотоэффекта, возбуждённого солнеч­ tycznych, w zapylonej dolnej jonosferze, ным излучением, частицы приобрета­ w wyniku oddziaywania modulacyjnego ют электрические заряды. При распро­ wzbudzana s niskoczstotliwociowe fale странении электромагнитной волны в z czstociami charakterystycznymi zbli­ запылённой нижней ионосфере Земли onymi do czstotliwoci fal pyowo­aku­ в результате модуляционного взаимо­ stycznych, moe to prowadzi do modulacji действия возбуждаются электростати­ fal elektromagnetycznych. Niskoczstotli­ ческие низкочастотные колебания с wociowa skadowa zmodulowanej, na tle характерными частотами, близкими к szumw jonosferycznych, fali rejestrowana частотам пылевых звуковых волн, что jest na powierzchni Ziemi. Obserwacje ni­ может приводить к модуляции электро­ skoczstotliwociowych fluktuacji szumw магнитных волн. Именно низкочастот­ radiowych jonosfery, zawierajce rwnie ная составляющая промодулированной stabilne linie spektralne linii „pyowych”, волны на фоне ионосферных шумов и mog suyjako porednie potwierdzenia фиксируется у поверхности Земли. На­ istnienia pyowej fali akustycznej w zapylo­ блюдения низкочастотных флуктуаций nej jonosferze Ziemi [Popel, 2010а–c].

радиошумов ионосферы, включающих устойчивые спектральные «пылевые»

линии, могут служить косвенным под­ тверждением существования пылевой звуковой моды в запыленной ионосфе­ ре Земли [Popel, 2010а–c].

Эффект возбуждения специфиче­ Efektowi wzbudzania si, specyficz­ ских низкочастотных флуктуаций ра­ nych niskoczstotliwociowych fluktuacji диошумов ионосферы во время выпа­ szumw radiowych w jonosferze, podczas дения высокоскоростных метеорных wysypywania si do jonosfery szybkich потоков может сопровождаться генера­ strumieni deszczu meteorytw moe towa­ цией достаточно интенсивных инфраз­ rzyszy generacja silnych fal infradwiko­ вуковых волн, представляющих собой wych, fal sprystych bdcych analogami упругие волны, аналогичные звуковым, fal akustycznych, ale z niszymi czsto­ но с частотами, меньшими частот, слы­ tliwociami, syszalnymi dla czowieka.

шимых человеком. Обычно за верхнюю Zazwyczaj, jako grn granic obszaru in­ границу инфразвуковой области при­ fradwikowego przyjmowane s czstoci нимают частоты 16…25 Гц. Таким обра­ 16…25 Hz. Tak, wic zakresy czstotliwoci Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk зом, частотные диапазоны для инфраз­ infradwikw i fal pyowych akustycznych вуковых и пылевых звуковых волн в w znacznym stopniu na siebie zachodz.

нижней ионосфере в значительной сте­ Generacja fal infradwikowych jest wyni­ пени перекрываются. Генерация ин­ kiem oddziaywania fal pyowo akustycz­ фразвуковых волн происходит в резуль­ nych, wzbudzanych podczas szybkiego тате взаимодействия пылевых звуковых deszczu meteorw, z neutraln skadow возмущений, возбуждаемых во время plazmy jonosferycznej szczegln cech fal выпадения высокоскоростных метеор­ infradwikowych w atmosferze Ziemi jest ных потоков, с нейтральной компонен­ ich bardzo sabe tumienie, ktre pozwala той ионосферной плазмы. Особенно­ na ich rozprzestrzenianie si na ogrom­ стью распространения инфразвуковых ne (rzdu tysicy kilometrw) odlegoci.

волн в атмосфере Земли является очень Rys. 3 przedstawia obszary amplitudo­ слабое их затухание, позволяющее им wo­czstotliwociowych, charakterystyk fal распространяться на большие (тысячи infradwikowych przy powierzchni Ziemi километров) расстояния. На рис. 3 pochodzcych z rnych rde, wskazuj представлены амплитудно­частотные one na wan rol fal infradwikowych, области, характеризующие инфразву­ ktrych pochodzenia zwizane jest z zabu­ ковые волны у поверхности Земли от rzeniami pyowo­akustycznymi w dolnej различных источников. Эти области jonosferze Ziemi w czasie deszczu mete­ указывает на важную роль инфразвуко­ orytw (obszar ograniczony krzyw 7).

вых волн, происхождение которых свя­ зано с возбуждением пылевых звуковых Рис. 3. Амплитудно­частотные области, характеризующие инфразвук у поверхности Земли от следующих источников: малые 1 и большие 2 взрывы;

волны Рэлея при землетрясениях, магнитные бури, ураганы, смерчи 3;

авиация, грозы 4;

микробаромы 5;

локальный турбу­ лентный шум 6;

пылевые звуковые возмущения Rys. 3. Obszary amplitudowa­czstotliwociowe, charakteryzujce infradwik przy powierzchni Ziemi, pochodzcy ze rde: mae 1 i due 2 wybuchy, fale Rayleigha podczas trzsie Ziemi, burze magnetyczne, tornada 3, lotnictwo, burze 4, mikrobaromy 5, turbulentne lokalne szumy 6, zaburze­ nia pyowo­dwikowe 13 Пылевая плазма Plazma pyowa возмущений в нижней ионосфере Зем­ ли во время метеорных потоков (об­ ласть, ограниченная кривой 7).

Еще одним эффектом, который со­ Innym efektem, ktry towarzyszy wzbu­ провождает возбуждение пылевых зву­ dzaniu zaburze pyowo­akustycznych w ковых возмущений во время выпадения czasie wysypywania si szybkich strumieni высокоскоростных метеорных потоков deszczu meteorytw i moe by obserwo­ и может наблюдаться с поверхности wany jest z powierzchni Ziemi jest wzgld­ Земли, является усиление относитель­ ne zwikszenie intensywnoci (do 7 %) ной интенсивности зелёного излуче­ zielonego promieniowania nocnego nie­ ния ночного неба до 7 %. Этот эффект ba Efekt ten zwizany jest z moliwoci связан с возможностью возбуждения wzbudzenia przez fale pyowo­akustyczne пылевыми звуковыми возмущениями fal grawitacyjno­akustycznych, ktrych акустико­гравитационных волн, кото­ charakterystyczne czstoci s rzdu kil­ рые имеют характерные частоты поряд­ kudziesiciu Hz, a ich prdkoci fazowe s ка нескольких десятков герц и фазовые znacznie mniejsze od prdkoci dwiku.


скорости, существенно меньшие ско­ Na wysokociach rzdu 110…120 km, gdzie рости звука. На высотах 110…120 км, jest wysoki gradient temperatury, w wyniku где температура имеет высокий гради­ rozwoju niestabilnoci konwekcyjnej ronie ент, в результате развития конвектив­ amplituda fal akustyczno­grawitacyjnych.

ной неустойчивости происходит рост Po osigniciu wartoci amplitud rzdu амплитуд акустико­гравитационных fononowego cinienia ta (na tych wysoko­ волн. При достижении значений ам­ ciach) proces falowy staje si nieliniowy.

плитуд порядка фонового давления W wyniku konkurencji procesw nielinio­ окружающей среды (на этих высотах) wych i dyspersyjnych powstaj zlokalizo­ волновой процесс переходит на нели­ wane struktury wirowe. Gwnym rdem нейный режим. В результате конкурен­ wzbudzenia zielonej linii na wysokociach ции нелинейности и дисперсионного 80…120 km s reakcje chemiczne zacho­ расплывания образуются локализован­ dzce zgodnie z mechanizmem Barta – Hi­ ные нелинейные вихревые структуры. debranta. Intensywno promieniowania Основным источником возбуждения zielonej linii zaley od trzeciej potgi kon­ зелёной линии на высотах 80…120 км centracji atomowego tlenu. Zmiany ste­ являются химические реакции в соот­ nia koncentracji atomowego tlenu moe ветствии с механизмом Барта – Хиль­ by spowodowane obecnoci stacjonar­ дебранта. Зависимость интенсивности nych zlokalizowanych struktur wirowych.

излучения зелёной линии может быть Obecno tego typu wirw moe prowa­ представлена как третья степень от dzi do konwekcji pionowej tlenu a w kon­ концентрации атомарного кислорода. sekwencji do podwyszonej koncentracji Изменение концентрации атомарного atomowego tlenu na poziomie wieccego кислорода вызвано присутствием ста­ soja w atmosferze (110…120 km) [Popel, ционарных локализованных нелиней­ 2010a–c].

ных вихревых структур. Наличие та­ ких вихрей приводит к конвективному перемешиванию кислорода по верти­ кали и, следовательно, к повышению концентрации атомарного кислорода на уровне светящегося слоя атмосферы (110…120 км) [Popel, 2010а–c].

Динамика вихрей в атмосфере тес­ Dynamika wichrw w atmosferze jest но связана с поведением нано­ и ми­ cile zwizana zachowaniem si nano­ i Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk кромасштабных частиц. Возбуждение mikroczstek. Wzbudzenie wirw aku­ акустико­гравитационных вихрей на styczno­grawitacyjnych na wysokociach высотах 110…130 км в результате разви­ 110…130 km w wyniku rozwoju grawitacyj­ тия акустико­гравитационной неустой­ no­akustycznej niestabilnoci, zwizane чивости, связанной с ненулевым ба­ jest z niezerowym bilansem strumieni cie­ лансом тепловых потоков, вызванных pa, spowodowanych wpywem promie­ солнечным излучением, конденсацией niowania sonecznego, kondensacj par паров воды, инфракрасным излучени­ wody, promieniowaniem podczerwonym ем в атмосфере, а также теплопрово­ w atmosferze, przewodnictwem cieplnym, дностью, приводит к существенному prowadzi do silnego mieszania i transpor­ перемешиванию и транспорту пылевых tu czstek pyu na wysokoci 110…120 km частиц на высотах 110…120 км [Popel [Popel et al., 2010]. Inn metod transpor­ et al., 2010]. Еще одним способом пере­., tu czstek pyu s prostopade strumienie носа пылевых частиц в ионосфере яв­ (streamery) w jonosferze, ktre formowane ляются вертикальные потоки (стриме­ s przez wiry pyowe powstajce w wyniku ры), которые формируются пылевыми niestabilnoci parametrycznej.

вихрями в результате развития параме­ трической неустойчивости.

ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА И ВРЕМЕННЫЕ PLAZMA PYOWA I TYMCZASOWE АТМОСФЕРЫ КОСМИЧЕСКИХ ТЕЛ ATMOSFERY CIA KOSMICZNYCH Временные атмосферы у космиче­ Tymczasowe atmosfery cia kosmicz­ ских тел, не имеющих собственных nych, niemajce wasnych atmosfer, takich атмосфер, таких как Луна, Меркурий, jak Ksiyc, Merkury asteroidy, komety i астероиды, кометы и др., возникают inne, powstaj w wyniku ich zderze z me­ в результате соударений метеороидов teorytami lub statkami kosmicznymi [Po или космических аппаратов с этими pel, 2010c]. Widoczn tymczasow atmos­ телами [Popel, 2010c]. Видимая вре­ fer wykryto na powierzchni Ksiyca. Fali менная атмосфера была обнаружена у uderzeniowej towarzyszy szereg procesw поверхности Луны. Ударно­волновые fizycznych w tym promieniowanie elektro­ явления, обусловленные указанными magnetyczne (w szczeglnoci w zakresie соударениями, сопровождаются рядом widma optycznego), ktre w przypadku физических процессов, включающих: kolizji z dostatecznie duymi meteorytami электромагнитное излучение (в частно­ mona obserwowa nawet z powierzch­ сти, в оптическом диапазоне), которое ni Ziemi;

formowanie bezzderzeniowego в случае соударений достаточно боль­ frontu czoa fali uderzeniowej zwizane ze ших метеороидов может наблюдаться wzbudzaniem turbulencji w smudze plazmy даже с поверхности Земли;

формирова­ meteorytu;

wyrzucanie midzyplanetarne­ ние бесстолкновительного ударно­вол­ go magnetycznego pola z obszaru smugi;

нового фронта, связанного с возбужде­ powstawanie i adowanie mikroczstek;

нием турбулентности в плазме плюма grzanie elektronw i ich przypieszenie w метеороида;

выталкивание межпланет­ wyniku oddziaywania z turbulentn pla­ ного магнитного поля из области плю­ zm;

promieniowanie ultrafioletowe i rent­ ма;

образование микромасштабных genowskie. Rys. 4 ilustruje schematycznie частиц и их зарядку;

нагрев электронов procesy powstajce w wyniku zderzenia po­ и их ускорение в результате взаимо­ wierzchni Ksiyca z duym meteorytem.

действия с плазменной турбулентно­ стью;

ультрафиолетовое и рентгенов­ ское излучение. На рис. 4 (см. с. 140) представлена схема, характеризующая 13 Пылевая плазма Plazma pyowa Рис. 4. Процессы при соударении крупного метеороида с поверхностью Луны: оптические фотоны, возникающие при ударе, плюм метеороида и его эволюция, формирование микро­ частиц в плюме, плазменная турбулентность в области взаимодействия солнечного ветра с плюмом, генерация быстрых электронов, ультрафиолетовых и рентгеновских фотонов Rys. 4. Procesy zachodzce przy zderzeniu powierzchni Ksiyca z duym meteorem, optyczne fo­ tony powstajce podczas uderzenia, smuga meteorytu i jego ewolucja, formowanie si makrocz­ steczek w smudze, plazmowa turbulencja w obszarze oddziaywania wiatru sonecznego ze smug, generacja szybkich elektronw, ultrafioletowych i rentgenowskich fotonw указанные процессы при соударении достаточно крупного метеороида с по­ верхностью Луны.


При ударе о поверхность Луны ме­ Przy uderzeniu meteorytu o rozmiarze теороида размером 10 см, движущегося 10 cm i prdkoci 20 km/s, o powierzchni со скоростью 20 км/с, образуемый при Ksiyca, powstajca smuga, zoona z od­ ударе плюм, состоящий из испаренного parowanych substancji ma ksztat stokowy.

вещества, имеет коническую форму. За W czasie okoo 2.5 s smuga osiga wyso­ время около 2,5 с высота плюма дости­ ko 10 km, rednica — 5 km, a charakte­ rystyczna gsto jest rzdu 10–15 g/cm3, гает 10 км, его радиус — 5 км, а харак­ терная плотность становится порядка nastpnie zaczyna si bezzdarzeniowa faza 10–15 г/см3, после чего начинается бес­ ewolucji smugi. Podczas ekspansji smugi, столкновительная фаза эволюции плю­ w obszarze wiatru sonecznego, molekuy ма. При расширении плюма в области pary jonizuj si i powstaje plazma.

наличия солнечного ветра молекулы пара ионизуются, и образуется плазма.

Кроме электронов, ионов и нейтра­ Oprcz elektronw, jonw, i czstek лов в плазме плюма присутствуют ма­ neutralnych w smudze obecne s mikro­ крочастицы. Первый тип макрочастиц czstki. Pierwszy typ czstek (mae kro­ (мелкие капли) создается в результате ple) powstaj w wyniku kondensacji, kt­ Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk процесса конденсации, который имеет ra zachodzi podczas ekspansji substancji место при расширении вещества плю­ smugi. Wszystkie krople maj w przybli­ ма. Все такие капли имеют приблизи­ eniu jednakowe rozmiary — a 3 mikro­ тельно одинаковый размер — a 3 мкм. nw. Stopie kondensacji wynosi w oko­ Степень конденсации составляет при­ o 0,2....0,3. Krople podnosz si razem близительно 0,2…0,3. Капли поднима­ z substancj smugi z 3....5 km/s. Podana ются вместе с веществом плюма со ско­ warto przekracza pierwsz prdko ростью 3…5 км/с. Указанное значение kosmiczn, ktra dla Ksiyca wynosi превосходит первую космическую ско­ ona 2.3 km/s. Tak, wic, krople w kocu рость для Луны, равную 2,3 км/с. Таким opuszczaj powierzchni Ksiyca. Drugi образом, капли в итоге покидают по­ typ czstek (py) wyrzucany jest z krateru верхность Луны. Второй тип макрочас­ powstaego w wyniku uderzenia meteory­ тиц (пыль) выбрасывается из воронки, tu w warstw regolitu. Typowy rozmiar образованной в результате соударения ksiycowego pyu — okoo 30 mikronw, метеороида, и окружающего ее слоя ре­ prdko 0,3...1 km/s. Dla ciaa o rozmia­ голита. Типичный размер частиц лун­ rach ok. 10 cm– powstajca ilo pyu wy­ nosi 4·1011 czstek. Wznoszenie si takich ной пыли — около 30 мкм, а скорость частиц — 0,3…1 км/с. Для десятисан­ czstek jest ograniczone przez si ciko­ тиметрового тела количество пыли со­ ci. Przy prdkoci 0.3 km/s, czstki pyu ставляет примерно 4·1011 частиц. Сила zatrzymuj si i spadaj na powierzchni тяжести ограничивает подъем таких ча­ Ksiyca w czasie rzdu 20 s. Maksymalna стиц. Так, при скорости частиц 0,3 км/с wysoko osigana przez te czstki to — частицы пыли останавливаются и па­ 3 km.

дают обратно на поверхность Луны за время порядка 20 с. Максимальная вы­ сота подъема таких частиц — 3 км.

Зарядка частиц осуществляется за adowanie czstek zachodzi w wyniku счет микроскопических токов электро­ mikroskopowych prdw elektronowych i нов и ионов на микрочастицу и фото­ jonowych i fotoprdu. Jeli ekspansja smu­ тока. Если расширение плюма проис­ gi zachodzi na owietlonej przez Soce ходит на освещенной Солнцем части czci ksiyca, maksymalny adunek jest dodatni i jest rzdu 104 i 105 adunkw Луны, то максимальный заряд положи­ телен и составляет порядка 104 и 105 за­ elektronw dla maych kropli i dla czste­ рядов электрона для мелких капель czek pyu odpowiednio. Obecno naado­ и для частиц пыли соответственно. wanych czstek modyfikuje struktur fron­ Присутствие заряженных микроча­ tu fali uderzeniowej, ktra jest zewntrzn стиц модифицирует структуру ударно­ granic smugi, to znaczy jest to granica волнового фронта, которым является midzy plazm smugi a otaczajc prze­ внешняя граница плюма, то есть гра­ strzeni.

ница между плазмой плюма и окружа­ ющим пространством.

Для 10­сантиметрового тела умень­ Dla 10 cm ciaa zmniejszenie gstoci шение плотности плазмы в плюме plazmy w smudze zachodzi do momentu происходит до тех пор, пока его ра­ gdy rednica (a wic rozmiar obszaru za­ диус (и, соответственно, размер зоны burzenia) nie przekracza 500 km. Po osi­ возмущения) не превосходит ~500 км. gniciu okrelonej wartoci gstoci plazmy При достижении указанной величины w smudze i plazmy wiatru sonecznego wy­ плотности плазмы в плюме и плазмы rwnuj si, zachodzi to po okoo 250 s. po солнечного ветра сравниваются при­ zderzeniu.

мерно через 250 с после столкновения.

13 Пылевая плазма Plazma pyowa ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА PLAZMA PYOWA И КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА I POGODA KOSMICZNA Важными направлениями исследо­ Wanym kierunkiem bada w progra­ ваний по программе «Космическая по­ mie „Pogoda Kosmiczna” jest formowanie года» являются формирование структур si struktur w plazmie pyowej, transport в пылевой плазме, транспорт вещества i energia [Popel et al., 2011]. Efekty te s и энергии [Popel et al., 2011]. Указан­., wzmacniane przez due wartoci i zmienny ные эффекты усиливаются большими charakter adunkw czstek pyu. Nawet, величинами и переменным характе­ przy stosunkowo maych koncentracjach, ром зарядов пылевых частиц. Даже при czstki pyowe mog odgrywa istotn rol относительно малых концентрациях przy okreleniu charakterystyk kosmicz­ пылевые частицы могут играть суще­ nej pogody. Nano­ i mikroczstki bior ственную роль при определении харак­ udzia w transporcie materii i energii mi­ теристик космической погоды. Нано­ и dzy magnetosfer, jonosfer i w neutralnej микромасштабные частицы участвуют atmosferze Ziemi [Popel et al., 2010;

2011].

в переносе вещества и энергии между Elektrycznie naadowane mikroskopowe магнитосферой, ионосферой и в ней­ nano­ i mikroczstki z midzyplanetarnej тральной атмосфере Земли [Popel et al., przestrzeni, jonosfery i magnetosfery Zie­ 2010;

2011]. Электрически заряженные mi oddziauj na lokalne wasnoci mi­ микроскопические нано­ и микроча­ dzyplanetarnej przestrzeni okooziemskiej, стицы из межпланетного пространства, wpywajc na procesy formowania si ob­ ионосферы и магнитосферы Земли okw i struktur pyowych, czno radio­ воздействуют на локальные свойства w i efekty zwizane z globalnym ocieple­ околоземной и межпланетной пылевой niem. Przysze teoretyczne i laboratoryjne плазмы, влияя на процессы форми­ badania czstek pyu i plazmy pyowej w рования облаков и пылевых структур, poczeniu z teledetekcj i bezporednimi радиосвязь и эффекты, связанные с obserwacjami mezosfery, jonosfery, ma­ глобальным потеплением. Будущие те­ gnetosfery, wiatru sonecznego i sonecz­ оретические и лабораторные исследо­ nej atmosfery, powinny doprowadzi do вания пылевых частиц в пылевой плаз­ lepszego zrozumienia i lepszego przewidy­ ме, объединенные с дистанционным wania pogody kosmicznej.

зондированием и непосредственными наблюдениями в мезосфере, ионосфе­ ре, магнитосфере, солнечном ветре и солнечной атмосфере, должны приве­ сти к лучшему пониманию и лучшим предсказаниям космической погоды.

ЛИТЕРАТУРА BIBLIOGRAFIA Izvekova Yu. N., Popel S. I. (2010) Dusty Plasmas in Earth’s Magnetosphere // European Planetary Science Congress. Rome, Italy, 2010: EPSC Abstr. V. 5. EPSC2010­64.

Popel S. I. (2010a) Dusty plasma processes in Earth’s environments containing nano­ and microscale grains // J. Plasma Physics. 2010. V. 76. Pts. 3–4. P. 525–537.

Popel S. I. (2010b) Atmospheric Dust and Nonlinear Processes // Proc. 4th Intern. Conf. “Frontiers of Nonlinear Physics”. Nizhny Novgorod – St.­Petersburg, Russia, 2010. P. 357–358.

Popel S. I. (2010c) Dusty (Complex) Plasmas: Recent Developments, Advances, and Unsolved Problems // 38th COSPAR Scientific Assembly, 2010: Abstr. Bremen, Germany, 2010. D33­ 0015­10.

Руководители проекта: С. Попель;

Б. Атаманюк Kierownik projektu: S. Popel;

B. Atamaniuk Popel S. I., Izvekova Yu. N., Shukla P. K. (2010) Nano­ and Microscale Particles in Vortex Motions in Earth’s Atmosphere and Ionosphere // New Frontiers in Advanced Plasma Physics / Ed.

B. Eliasson, P. K. Shukla. American Inst. of Physics, Melville, N. Y., 2010. P. 189–200.

Popel S. I., Kopnin S. I., Yu M. Y., Ma J. X., Feng H. (2011) The Effect of Microscopic Charged Par­ ticulates in Space Weather // J. Physics D: Applied Physics. 2011. V. 44. P. 174036.

Results of investigations on dusty plasmas and study of plasma­dust processes in plasma heliogeo­ physics and space weather are represented. The main attention is paid to the description of dust in Earth’s magnetosphere, influence of charged nanoscale particles on Earth’s ionosphere and the for­ mation of noctilucent clouds and polar mesosphere summer echoes, observations of collective phe­ nomena in the dusty ionosphere, processes of formation of transient atmospheres of atmosphereless cosmic bodies such as the Moon, Mercury, asteroids, comets et al. In most of the situations described a significant role belongs to the interaction of the solar wind with fine particles.

ОСНОВНЫЕ ИСПОЛНИТЕЛИ GWNI AUTORZY 1 РЕНТГЕНОВСКAЯ СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ СОЛНЦА (РЕСИК/ КОРОНАС-Ф) Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), Троицк Московской области В. Кузнецов SPEKTROSKOPIA RENTGENOWSKA SOCA (RESIK/KORONAS-F) Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Wrocaw J. Sylwester 2 СПЕКТРОСКОПИЯ ДАЛЬНЕГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО И РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН), Москва С. Кузин SPEKTROSKOPIA Z ZAKRESU DALEKIEGO ULTRAFIOLETU I RENTGENOWSKIEGO PROMIENIOWANIA SOCA Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk, (CBK PAN), Wrocaw, J. Sylwester, Z. Kordylewski 3 СФИНКС Физический институт им. П. Н. Лебедева Российской академии наук (ФИАН), Москва С. Кузин SPHINX Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Wrocaw J. Sylwester, Z. Kordylewski 4 НЕЙТРАЛ Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва В. Измоденов, О. Катушкина NEUTRA Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa M. Bzowski 5 ИЗЛУЧЕНИЕ Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва М. Могилевский, Т. Романцова, И. Моисеенко PROMIENIOWANIE Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Toru J. Hanasz, R. Schreiber, М. Panchenko 6 СТРУКТУРА Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва С. Савин STRUKTURA Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa J. Bcki 7 ИОНОСФЕРА: МОДЕЛИРОВАНИЕ ИОНОСФЕРНОЙ ПОГОДЫ ДЛЯ РАДИОСВЯЗИ Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), Троицк Московской области Т. Гуляева JONOSFERA: MODELOWANIE POGODY JONOSFERYCZNEJ DLA CZNOCI RADIOWEJ Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa I. Stanisawska 8 ДИАГНОСТИКА ИОНОСФЕРЫ ЗЕМЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИСТЕМ ГЛОБАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ Западное отделение Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ЗО ИЗМИРАН), Калининград И. Шагимуратов, И. Захаренкова, Ю. Черняк, И. Ефишов DIAGNOSTYKA JONOSFERY PRZY UYCIU OBSERWACJI GNSS Katedry Astronomii i Geodynamiki Uniwersytetu Warmisko­Mazurskiego w Olsztynie A. Krankowski, R. Sieradzki, P. Wielgosz, A. Krypiak-Gregorczyk 9 ИНЖЕКЦИЯ Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), Троицк Московской области Ю. Михайлов INIEKCJA Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa Z. Kos 10 ПВО (ПЛАЗМЕННО-ВОЛНОВАЯ ОБСТАНОВКА) Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва С. Климов, В. Грушин, Л. Белякова, В. Мягких, Д. Новиков, А. Беликова, И. Добровольский PWO (RODOWISKO PLAZMOWO-FALOWE) Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa H. Rothkaehl, J. Juchniewicz, М. Morawski, M. Winkler, J. Krasowski 11 ФОБОС Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва О. Козлов, А. Захаров, Т. Козлова FOBOS Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa J. Grygorczuk, М. Banaszkiewicz, K. Seweryn, H. Rickman, M. Morawski, A. Cichocki, M. Ciesielska, M. Dobrowolski, B. Kdziora, J. Krasowski, R. Wawrzaszek, L. Wisniewski 12 ТУРБУЛЕНТНОСТЬ Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), Троицк Московской области А. Волокитин Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва Л. Зеленый TURBULENCJA Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa В. Atamaniuk 13 ПЫЛЕВАЯ ПЛАЗМА Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН), Москва С. Попель, Л. Зеленый Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н. В. Пушкова Российской академии наук (ИЗМИРАН), Троицк Московской области А. Волокитин PLAZMA PYOWA Centrum Bada Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN), Warszawa B. Atamaniuk 055(02)2 Ротапринт ИКИ РАН 117997, Москва, Профсоюзная, 84/ Подписано к печати 14.09. Формат 701001/ Заказ 2256 Тираж 250 11,86 усл.­печ. л.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.