ГЛАВА IX. Структура бесстолкновительных ударных волн
Ричард Е. Мейер
Ударная волна — это, по существу, движущийся переход от одного равновесного состояния среды к другому. В связи с этим прежде всего возникает простой вопрос: какая пара равновесных состояний может быть связана такой волной? Хорошо известно, что ответ на этот вопрос дается системой граничных условий на скачке. Они выражают сохранение массы, импульса и других величин, зависящих от динамических свойств среды.
Исследования такого рода, начатые Ренкином, Гюгоньо, Рэлеем и другими, оказались столь успешными, что теперь редко вспоминают о том, что сами законы сохранения следуют из некоторого предположения о свойствах перехода — обычно о том, что он является стационарным (в подходящей системе координат). Но можем ли мы быть уверены, что в данной среде существует физический механизм, обеспечивающий стационарность перехода? Для обычных ударных волн в газах такой механизм в настоящее время хорошо исследован; он определяется механизмом молекулярных столкновений. Менее очевиден ответ для ударных волн в плазме, например для головной ударной волны, возникающей при обтекании магнитосферы Земли солнечным ветром (фиг. IX. 1). Экспериментальные данные о таких переходах еще очень ограниченны. Если эти переходы стационарны, то соответствующий механизм не может определяться столкновениями, так как плотность числа частиц в солнечном ветре слишком мала. С другой стороны, если они нестационарны, то рушится весь базис для соотношений на скачке, так как априори не ясно даже то, почему масса и импульс должны сохраняться.
(Если кому-либо покажется, что мы обратились к слишком «внеземной» модели для обсуждения этого вопроса, то можно заметить, что изложенный ниже анализ первоначально был связан с обычными волнами на воде (см. гл. IV).
Фиг. IX. 1. Картина головной ударной волны, возникающей при обтекании магнитосферы Земли солнечным ветром.
Гарднер и Морикава [1] отметили аналогию между этими процессами и ударными волнами в плазме, к которым исследователи обратились после того, как было признано [2], что гидродинамические задачи даже более сложны, чем соответствующие задачи для плазмы.)
