23. Строение групп вторичных тел

23.1. ИОНИЗАЦИЯ В ПРОЦЕССЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ПЛАЗМЫ

В одной из предшествующих глав мы рассмотрели гипотезу о том, что расположение различных групп вторичных тел определяется явлением критической скорости. Однако внутреннее строение этих групп различается в том отношении, что в некоторых из них (например, планетах-гигантах) масса тел быстро уменьшается с увеличением расстояния от центрального тела, в то время как в других (например, во внутренних спутниках Сатурна) наблюдается обратная картина. В данной главе будет показано, что отмеченное различие в строении групп, вероятно, связано с величиной полной энергии, диссипированной в процессе размещения плазмы. Это приводит к выводу, что строение группы зависит от величины отношения между типичным орбитальным периодом вторичных тел группы и периодом вращения центрального тела. Имеется подтверждение этой зависимости, полученное из наблюдений (см. разд. 23.5-23.6). Действительно, распределение массы в группах, очевидно, является функцией

Как и в некоторых предыдущих главах, мы еще далеки от детально разработанной теории, и цель нашего рассмотрения заключается главным образом в том, чтобы привлечь внимание к возможным основным явлениям, определяющим строение групп тел.

Согласно нашей модели, газ массы первоначально покоящийся на «бесконечности», падает на расстояние ионизации где частично ионизуется (см. рис. 23.2.1). В результате переноса момента количества движения от центрального тела эта масса приводится в состояние частичной коротации Она конденсируется и за счет процессов, рассмотренных в разд. 18.2 и 18.10, в конце концов размещается на круговой орбите радиуса В разд. 17.6 мы установили, что полное выделение энергии в ходе этого процесса равно

где угловая орбитальная скорость массы Поскольку и в пределах одной группы изменяется не более чем в 6 раз (см. табл. 2.5.1), мы не сделаем очень большой ошибки, если в своих оценочных расчетах по порядку величины аппроксимируем уравнение (23.1.1) выражением

период обращения воображаемого тела, движущегося по орбите на расстоянии ионизации период собственного вращения центрального тела, и

Если приравнять массе атома и положить из (21.10.2), что то получим

Часть этой энергии будет диссипировать в центральном теле или в его ионосфере, а часть — в плазме, приведенной в состояние частичной коротации. Не проводя подробного анализа, вполне можно предположить, что эти части энергии приблизительно равны. Энергия поставляется плазме электрическими токами, которые переносят количество движения, и идет в основном на увеличение температуры электронов. При достижении температурой определенной величины большая часть энергии излучается, однако доля энергии идет на ионизацию.

В лабораторных исследованиях электрических токов в газах было показано, что редко превышает 5%. Например, в тлеющем разряде минимальное напряжение между электродами (которое фактически равно прикатодному падению потенциала) обычно составляет 200—300 В (по существу лишь чистые инертные газы обладают более низкими значениями). Это справедливо, например, для На, и воздуха [146, стр. 206 русского перевода], для которых напряжение, требующееся для ионизации, находится на уровне 10—15 В. Следовательно, для этого случая значение определяющее долю энергии, идущей на ионизацию, составляет около 0,05. Даже если в нашем случае условия разряда в некоторых отношениях отличаются от рассмотренных выше, не следует ожидать, что будет сильно отличаться. Принимая во внимание тот факт, что в плазме диссипирует только доля энергии можно предположить, что

Таким образом, даже не используя какую-либо детально разработанную модель процесса, можно заключить, что если обозначает энергию, идущую на ионизацию плазмы, то вероятно, не должно превышать 0,05. Это означает, что невозможно получить полностью ионизованную плазму, если отношение

порядка 10 или меньше. Для получения полной ионизации, вероятно, необходимо более высокое значение

В таком случае сделаем выводы:

1) при прочих равных условиях степень ионизации во время размещения плазмы является функцией

2) можно получить полную ионизацию, если или более; при значениях или менее полная ионизация, вероятно, не будет достигнута.

В разд. 23.2 мы рассмотрим случай

соответствующий полной ионизации, а случай неполной ионизации

отложим до разд. 23.3.