17. Перенос момента количества движения и конденсация зерен

17.1. ИЗОРОТАЦИЯ ФЕРРАРО И ЧАСТИЧНАЯ КОРОТАЦИЯ

В разд. 16.3 было показано, что различие в угловой скорости между намагниченным центральным телом и окружающей плазмой может привести к переносу момента количества движения.

С чисто магнитогидродинамической точки зрения конечным состоянием этого процесса переноса должна быть изоротация Ферраро с Однако перенос момента количества движения означает увеличение скорости вращения плазмы, в результате чего она отбрасывается наружу центробежной силой. Это приведет к образовании между центральным телом и плазмой области низкой плотности, где плотность может уменьшиться настолько, что аномальное сопротивление или возникновение электростатических двойных слоев (см. разд. 15.3.3) воспрепятствует дальнейшему переносу момента количества движения. Таким образом устанавливается состояние, при котором вращательное движение элемента плазмы по существу определяется условием равенства гравитационной и центробежной сил. Это состояние называется «частичной коротацией».

Частичную коротацию можно рассматривать как переходное состояние в процессе переноса момента количества движения от центрального тела. Это состояние реализуется, если продолжительность периода переноса момента количества движения от центрального тела к облаку плазмы превышает время, нужное для того, чтобы облако плазмы достигло своего равновесного положения на магнитной силовой линии; если продолжительность периода переноса много больше времени, необходимого для достижения равновесия, частичную коротацию можно трактовать как стационарное состояние.

Особенно нас интересует исследование динамики зерен, которые доставляются из плазмы и приобретают кеплеровское движение, по существу не зависящее от плазмы. Таким образом, мы будем рассматривать переход зерен через предельный размер

тьтп, который, согласно разд. 5.4, устанавливает, будет ли движение определяться главным образом электромагнитными силами (от замагниченной плазмы) или гравитацией. Плазма здесь (как и в большинстве областей космического пространства) является «пылевой плазмой». Зерно может переходить через предельный размер тремя различными путями. Его масса может возрастать в результате конденсации тугоплавких веществ в плазме или аккреции других зерен, может также изменяться электростатический потенциал зерна. Как мы видели в гл. 5, такие изменения, насколько известно из космических исследований, продсходят случайным образом, иногда приводя к скачку потенциала на два-три порядка (от нескольких вольт до 1000 В). Вполне вероятно, что подобные изменения могли происходить и при гетегонных условиях.

В дальнейшем мы будем рассматривать простой случай, в котором переход от движения плазмы к возмущенному столкновениями кеплеровскому движению происходит за время, меньшее одного кеплеровского периода.

Если газ выпадает и ионизуется с постоянной скоростью и продукты конденсации также удаляются с постоянной скоростью, может установиться стационарное состояние частичной коротации. Условием его установления является соответствие интенсивности переноса момента количества движения моменту количества движения, требуемому для приведения во вращение выпадающего газа. Перенос момента количества движения может регулироваться плотностью плазмы в обедненной области между центральным телом и элементом плазмы, подлежащим ускорению. Эта плотность определяет максимальный ток, который переносит количество движения.

В следующем разделе мы рассмотрим состояние равновесного, движения элемента плазмы, находящегося в магнитной силовой трубке, которую мы раньше называли гигантским протуберанцем (см. рис. 16.6.1).