Физика межпланетного и околоземного пространства. Веселовский И.С - 72 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МГУ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

8. ПЛАЗМА В МАГНИТОСФЕРЕ
Теперь нам необходимо принять во внимание, что
магнитосферная полость не только является ловушкой для
высокоэнергичных частиц, о которых шла речь в разд.6 и 7, но
заполнена частицами меньших энергий, которые образуют
разреженную плазму. Свойства этой плазмы весьма различны в разных
частях магнитосферы. В первом приближении эта плазма может быть
описана как сплошная среда, состоящая из частиц разных сортов.
Такой подход, позволяющий выработать некоторые важные
представления для качественного понимания динамических процессов
в магнитосфере, формируется ниже.
8.1. Магнитосферно-ионосферная плазма как сплошная среда
Рассматривая плазму как смесь электронного, ионного газов и
газа нейтральных атомов, можно записать исходные уравнения
движения для электронов и ионов в виде
1 1
;
e e e
e e e i e a e
e
m m d
p e m
n c dt
v
E v B v v v v ( 8.1 )
1 1
.
e i i
i i i e i a i
i
m m d
p e m
v
E v B v v v v ( 8.2 )
Здесь
, ,
e i a
v v v
– средние массовые скорости электронов, ионов и
атомов. Слева стоят силы, действующие на (пробную) частицу со
стороны других частиц этой же компоненты (в виде градиента
парциального давления), и электромагнитные силы. На частицу
электронного или ионного газа действует сила
'
e
E
, где
'
E
–
напряженность электрического поля, измеряемая в той системе
отсчета, где этот газ покоится. В «лабораторной» системе, где газ
движется со скоростью
v
, вектор электрического поля преобразуется
так, что
1
'
c
E E vB
. Это и учтено в уравнениях (8.1)-(8.2). Справа
в этих уравнениях – силы инерции и силы торможения частицы за счет
столкновений с частицами других компонент. Сила торможения,
действующая на пробную частицу, равна
/
m T
v , где
T
– характерное
время потери направленного импульса (поворот на
90°). Если
среднее время пробега между столкновениями (с поворотом на
90°)
для электронов и ионов с атомами и электронов и ионов друг с другом
соответственно равны
, ,
e i
, то время
T
потери импульса
электронов на ионах и атомах равно соответственно
и
e
, а ионов на
72
8. ПЛАЗМА В МАГНИТОСФЕРЕ

        Теперь нам необходимо принять во внимание, что
магнитосферная полость не только является ловушкой для
высокоэнергичных частиц, о которых шла речь в разд.6 и 7, но
заполнена частицами меньших энергий, которые образуют
разреженную плазму. Свойства этой плазмы весьма различны в разных
частях магнитосферы. В первом приближении эта плазма может быть
описана как сплошная среда, состоящая из частиц разных сортов.
Такой подход, позволяющий выработать некоторые важные
представления для качественного понимания динамических процессов
в магнитосфере, формируется ниже.

8.1. Магнитосферно-ионосферная плазма как сплошная среда

       Рассматривая плазму как смесь электронного, ионного газов и
газа нейтральных атомов, можно записать исходные уравнения
движения для электронов и ионов в виде
    1            1           m                  m                    dv
    pe  e  E   v e B    e  v e  v i   e  v e  v a   me e ; ( 8.1 )
    n            c                             e                    dt
     1               1       m                  m                    dv
    pi  e  E   v i B    e  v i  v e   i  v i  v a   mi i . ( 8.2 )
     n               c                         i                   dt
Здесь v e , v i , v a – средние массовые скорости электронов, ионов и
атомов. Слева стоят силы, действующие на (пробную) частицу со
стороны других частиц этой же компоненты (в виде градиента
парциального давления), и электромагнитные силы. На частицу
электронного или ионного газа действует сила  eE ' , где E ' –
напряженность электрического поля, измеряемая в той системе
отсчета, где этот газ покоится. В «лабораторной» системе, где газ
движется со скоростью v , вектор электрического поля преобразуется
                      1
так, что E '  E   vB  . Это и учтено в уравнениях (8.1)-(8.2). Справа
                      c
в этих уравнениях – силы инерции и силы торможения частицы за счет
столкновений с частицами других компонент. Сила торможения,
действующая на пробную частицу, равна mv / T , где T – характерное
время потери направленного импульса (поворот на  90°). Если
среднее время пробега между столкновениями (с поворотом на  90°)
для электронов и ионов с атомами и электронов и ионов друг с другом
соответственно равны  e , i , , то время T потери импульса
электронов на ионах и атомах равно соответственно  и  e , а ионов на

                                        72

Страницы