15.4. СТРАТЕГИЯ АНАЛИЗА ГЕТЕГОННОЙ ПЛАЗМЫ

Как вытекает из изложенного в предыдущем разделе, в своем исследовании мы должны непосредственно опираться на результаты изучения физики и химии лабораторной плазмы. Кроме того, важно исследовать космические явления, происходящие в настоящее время. Нельзя надеяться создать приемлемую модель процессов гетегонной плазмы с помощью одних только абстрактных рассуждений, но вполне понятно, что мы можем провести экстраполяцию от современных ситуаций к гетегонным условиям. Поэтому наша стратегия должна заключаться в следующем.

1. Основной принцип-, домагнитогидродинамические модели {Лаплас, Вейцзекер, Койпер, Берлаге, Камерон и др.) и теории

«первого приближения» (Хойл) представляют ограниченный интерес. Мы будем следовать «второму приближению», определенному выше. Это означает, что мы будем полагаться в большей мере на лабораторные и космические эксперименты, особенно на те из них, которые специально направлены на изучение проблем гетегонии.

2. Экстраполяция из физики магнитосферы: передача момента количества движения от вращающегося намагниченного центрального тела к окружающей плазме имеет некоторую аналогию с современной ситуацией в магнитосфере Земли. Гетегонная ситуация отличается от нее в двух отношениях: а) плотность плазмы должна была быть намного выше; б) наблюдаемые в настоящее время эффекты, связанные с солнечным ветром (магнитные бури и т. д.), не обязательно должны были играть большую роль.

Экстраполяция наших знаний о магнитосфере затрудняется тем, что эта область все еще не достаточно хорошо изучена. Исследование космического пространства, конечно, снабжает нас обилием наблюдательных данных, однако теории все еще не разработаны в достаточной мере. Большинство теорий описывают псевдоплазму и поэтому представляют ограниченный интерес. Систематические попытки переносить результаты, полученные для лабораторной плазмы, на магнитосферу (согласно принципу «второго приближения») предпринимали Линдберг, Блок и Дэниэльссон. Их исследования будут рассмотрены в другом месте нашей работы; обзор новых результатов дан Фельтхаммаром [157].

3. Экстраполяция из физики Солнца: в некотором отношении гетегонные явления могут быть экстраполированы из явлений в области солнечных пятен — протуберанцев. Поскольку в фотосфере существует магнитное поле В и вращательное движение то обычно имеется пульсирующее напряжение. Между двумя точками имеется разность потенциалов

Если соединены магнитной силовой линией, то вдоль нее от а к может происходить электрический разряд (рис. 15.4.1; см. также [387]). Цепь тока замыкается токами в фотосфере.

Наличие тока вдоль магнитной силовой линии представляет собой основное явление в протуберанцах. Волокнистый ток такого типа обладает свойством засасывать в себя ионизованное вещество из окружающей среды. Это явление до некоторой степени подобно пинч-эффекту [23]. В результате плотность в протуберанце оказывается на несколько порядков величины больше плотности в окружающей короне. В то же время температура оказывается на несколько порядков ниже 104 К в протуберанце, а в короне

Рис. 15.4.1. Вращательное движение и магнитное поле в солнечном пятне могут приводить к возникновению напряжения между точкой а в солнечном пятне и точкой вне его, что вызывает протекание разрядного тока I вдоль магнитной силовой линии от а к 6. Цепь замыкается токами под фотосферой от точки 6 к с (и обратно к а).

Типичное значение силы тока в протуберанце составляет 1011 А [100]. Поскольку токи в магнитосфере обычно имеют порядок и линейные размеры не очень различаются (в обоих случаях порядка 1010 см), то условия на Солнце представляют собой только вариант условий в магнитосфере, характеризуемый наличием большого тока и высокой плотности. Как будет видно, Гетегонные условия обычно подразумевают очень большие токи. Следовательно, гетегонная магнитосфера до некоторой степени подобна современной солнечной короне. Линейные размеры волокнистых структур в некоторых гетегонных магнитосферах планет могли быть сравнимыми с современными протуберанцами на Солнце, тогда как в гетегонной солнечной короне (гигантской короне) размеры таких образований должны были бы быть на три-четыре порядка больше.

К сожалению, большая часть теоретических исследований физики Солнца все еще находится на уровне «первого приближения» и, следовательно, имеет ограниченную применимость для нашей цели. Однако аналогия между протуберанцами на Солнце и гетегонными волокнистыми структурами важна, так как она может приблизить нашу модель к реальности. Следовательно, приемлемая модель должна содержать вращающееся намагниченное центральное тело, окруженное сетью структур типа протуберанцев, соединяющих поверхность центрального тела с окружающей плазмой.

Интересно отметить, что Чемберлин [102] и Мультон [304] связали свои «планетезимальные» теории с солнечными протуберанцами, хотя и другим путем.

4. Экстраполяция от темных облаков и звездных оболочек-. в эпоху образования планет и спутников количество газа, выпадающего в околосолнечную область из окружающих областей космического пространства, вероятно, было достаточным для

Рис. 15.4.2. Иллюстрация современной стратегической ситуации в астрофизике. До объединения умозрительных астрофизических теорий с наблюдениями теории «первого приближения» должны быть проверены в лабораторных условиях, где многие их составляющие несомненно будут выброшены. Это единственный путь создания астрофизических концепций с минимумом риска. Мы повторяем, что наука без контакта с экспериментом, вероятно, полностью запутается в нереальных предположениях.

возникновения в объеме, сравнимом с объемом Солнечной системы, таких концентраций, как в солнечной короне. Конденсатов твердых частиц, образовавшихся или захваченных в волокнистых структурах, распространяющихся через эту среду, должно было быть вполне достаточно для получения по крайней мере полной массы тел-спутников () за период времени порядка лет. В темных облаках, наблюдаемых в наше время, встречаются такие плотности газа и пыли, которые достаточны для того, чтобы допустить гравитационную аккрецию необходимой массы в течение 107 — 108 лет.

Другими объектами, возможно проливающими свет на образование Солнечной системы, являются звезды с оптически тонкими оболочками силикатной пыли. Относительно частая их встречаемость свидетельствует о значительной продожительности явления. Тот факт, что центральные звезды в таких системах представляют собой самые различные типы звезд (от ранних до поздних [315, 368]), наводит на мысль, что, как правило, околозвездное вещество собирается звездой извне, а не за счет выбросов из самой звезды.

В настоящее время точно не известно, насколько близкой может быть параллель между темными облаками, околозвездными: оболочками и нашей Солнечной системой в состоянии ее формирования. Дальнейшие более тонкие исследования этих объектов представляют значительный интерес с точки зрения гетегонии. Особенно важно накапливать информацию о таких плазменных явлениях, как магнитные поля и ионно-молекулярные реакции в оптически непрозрачных темных облаках.

На рис. 15.4.2 мы попытались изобразить общую схему, по которой следует развивать астрофизические теории, с тем чтобы они были реалистичны и соответствовали наблюдениям.