КОСМИ́ЧЕСКАЯ МАГНИТОГИДРОДИНА́МИКА

КОСМИ́ЧЕСКАЯ МАГНИТОГИДРОДИ­НА́МИКА, раз­дел ас­т­ро­фи­зи­ки, изу­чаю­щий ди­на­ми­ку те­че­ний про­во­дя­щих жид­ко­стей и ио­ни­зо­ван­ных га­зов (плаз­мы) в маг­нит­ном по­ле в кос­мич. ус­ло­ви­ях. Ос­но­вы К. м. за­ло­же­ны в 1950-х гг. Х. Аль­ве­ном.

К яв­ле­ни­ям, изу­чае­мым К. м., от­но­сит­ся, в ча­ст­но­сти, зем­ной маг­не­тизм: в не­драх Зем­ли про­ис­хо­дят элек­тро­маг­нит­ные про­цес­сы, соз­даю­щие маг­нит­ное по­ле на­шей пла­не­ты. В пре­де­лах об­лас­ти раз­ме­ром ок. 10 зем­ных ра­диу­сов это по­ле об­ра­зу­ет маг­ни­то­сфе­ру Зем­ли. Со­стоя­ние маг­ни­то­сфе­ры за­ви­сит так­же от элек­тро­маг­нит­но­го по­ля сол­неч­но­го вет­ра, ко­то­рое, в свою оче­редь, оп­ре­де­ля­ет­ся сол­неч­ной ак­тив­но­стью – со­во­куп­но­стью элек­тро­маг­нит­ных яв­ле­ний, на­блю­дае­мых на Солн­це.

К. м. рас­смат­ри­ва­ет плаз­му в кос­мо­се как дви­жу­щую­ся сплош­ную сре­ду, об­ла­даю­щую вы­со­кой элек­трич. про­во­ди­мо­стью. В та­кой сре­де лю­бые элек­трич. по­ля (напр., по­ро­ж­дае­мые гра­ди­ен­та­ми га­зо­во­го дав­ле­ния) соз­да­ют элек­трич. то­ки и, как след­ст­вие, маг­нит­ные по­ля.

В мно­го­числ. при­ло­же­ни­ях К. м. ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся ме­то­ды маг­нит­ной гид­ро­ди­на­ми­ки. От­ли­чит. осо­бен­но­стью К. м. яв­ля­ет­ся ис­сле­до­ва­ние ог­ром­ных объ­ё­мов плаз­мы, оп­ре­де­ляе­мых ги­гант­ски­ми раз­ме­ра­ми ас­тро­но­мич. объ­ек­тов (напр., звёзд). Вре­мя дис­си­па­ции элек­трич. то­ков в этих ус­ло­ви­ях на мно­го по­ряд­ков пре­вы­ша­ет ха­рак­тер­ное вре­мя дви­же­ний плаз­мы в ас­тро­но­мич. объ­ек­тах (напр., пе­ри­од вра­ще­ния Солн­ца), а до­воль­но час­то и ха­рак­тер­ное вре­мя их эво­лю­ции. Это по­зво­ля­ет пре­неб­речь за­ту­ха­ни­ем маг­нит­но­го по­ля в кос­мич. плаз­ме и рас­смат­ри­вать её как иде­аль­ную сре­ду, дви­жу­щую­ся вме­сте с маг­нит­ным по­лем. Маг­нит­ное по­ле рас­смат­ри­ва­ют как со­во­куп­ность си­ло­вых ли­ний, скре­п­лён­ных со сре­дой («вмо­ро­жен­ных» в неё). Это свой­ст­во су­ще­ст­вен­но уп­роща­ет ре­ше­ние за­дач К. м., пре­вра­щая по­ня­тие маг­нит­ной си­ло­вой ли­нии из чис­то гео­мет­ри­че­ско­го (как для маг­нит­но­го по­ля в ва­куу­ме) в ма­те­ри­аль­ное.

В кос­мич. объ­ек­тах плаз­ма дви­жет­ся вме­сте с ли­ния­ми маг­нит­но­го по­ля (и со­от­вет­ст­вую­щи­ми то­ка­ми) или вдоль них, при­чём прин­ци­пи­аль­ное зна­че­ние име­ет со­от­но­ше­ние ме­ж­ду ки­не­тич. энер­ги­ей те­че­ния плаз­мы и энер­ги­ей маг­нит­но­го по­ля. Сла­бое маг­нит­ное по­ле лег­ко ув­ле­ка­ет­ся дви­же­ния­ми плаз­мы. Её ре­гу­ляр­ные и хао­тич. те­че­ния рас­тя­ги­ва­ют, из­ги­ба­ют и скру­чи­ва­ют ли­нии маг­нит­но­го по­ля, при­да­вая им слож­ную фор­му. Это мо­жет при­вес­ти к уси­ле­нию маг­нит­но­го по­ля (т. н. ди­на­мо-эф­фект), что на­блю­да­ет­ся, напр., внут­ри Солн­ца. На­про­тив, силь­ное маг­нит­ное по­ле, из­ме­ня­ясь во вре­ме­ни, са­мо при­во­дит в дви­же­ние плаз­му, напр. в ат­мо­сфе­ре Солн­ца во вре­мя сол­неч­ных вспы­шек.

«Вмо­ро­жен­ность» ли­ний маг­нит­но­го по­ля по­зво­ля­ет объ­яс­нить су­ще­ст­во­ва­ние ма­те­ри­аль­ных объ­ек­тов, вы­тя­ну­тых вдоль этих ли­ний. Так, в ат­мо­сфе­ре Солн­ца су­ще­ст­ву­ют уча­ст­ки плот­ной хо­лод­ной плаз­мы, ко­то­рые под дей­ст­ви­ем си­лы тя­же­сти про­ги­ба­ют ли­нии маг­нит­но­го по­ля и мо­гут удер­жи­вать­ся на них, как на уп­ру­гих ни­тях. Та­кие об­ра­зо­ва­ния, на­зы­вае­мые спо­кой­ны­ми про­ту­бе­ран­ца­ми, мо­гут в те­че­ние не­сколь­ких не­дель ви­сеть над по­верх­но­стью Солн­ца. Внут­ри ак­тив­ных про­ту­бе­ран­цев на­блю­да­ют­ся бы­ст­рые дви­же­ния, а са­ми они не­ред­ко вы­бра­сы­ва­ют­ся вверх си­ла­ми на­тя­же­ния ли­ний маг­нит­но­го по­ля со ско­ро­стя­ми по­ряд­ка не­сколь­ких со­тен ки­ло­мет­ров в се­кун­ду.

Наи­бо­лее ин­те­рес­ное яв­ле­ние в К. м. свя­за­но с на­ру­ше­ни­ем «вмо­ро­жен­но­сти» в тех точ­ках про­стран­ст­ва, где маг­нит­ное по­ле об­ра­ща­ет­ся в нуль. В при­сут­ст­вии элек­трич. по­ля здесь про­ис­хо­дит раз­рыв ли­ний маг­нит­но­го по­ля и их соеди­не­ние иным спо­со­бом. С этим эф­фек­том, на­зы­вае­мым маг­нит­ным пе­ре­со­еди­не­ни­ем (пе­ре­со­еди­не­ни­ем маг­нит­ных си­ло­вых ли­ний), свя­за­но на­ко­п­ле­ние энер­гии маг­нит­но­го по­ля пе­ред сол­неч­ной вспыш­кой и её ос­во­бо­ж­де­ние во вре­мя вспыш­ки.

К. м. яв­ля­ет­ся ча­стью т. н. плаз­мен­ной ас­т­ро­фи­зи­ки – нау­ки, ко­то­рая ис­поль­зу­ет ме­то­ды фи­зи­ки плаз­мы для ин­тер­пре­та­ции ас­т­ро­фи­зич. яв­ле­ний. Плаз­мен­ная ас­т­ро­фи­зи­ка учи­ты­ва­ет ки­не­тич. эф­фек­ты, ха­рак­тер­ные для вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы, и по­это­му име­ет бо­лее ши­ро­кую, чем К. м., об­ласть при­ме­ни­мо­сти. Напр., по­зво­ля­ет объ­яс­нить ус­ко­ре­ние за­ря­жен­ных час­тиц до вы­со­ких энер­гий в об­лас­тях маг­нит­но­го пе­ре­со­еди­не­ния во вре­мя вспы­шек в ко­ро­нах звёзд и ак­кре­ци­он­ных дис­ков, а так­же в ре­ля­ти­ви­ст­ских кос­мич. объ­ек­тах (ней­трон­ных звёз­дах, чёр­ных ды­рах).