Физика плазмы, 2020, T. 46, № 11, стр. 1007-1025

Пылевые ионно-звуковые ударные волны в лабораторной, ионосферной и астрофизической плазме

Т. В. Лосева a*, С. И. Попель b, А. П. Голубь b

a Институт динамики геосфер РАН
Москва, Россия

b Институт космических исследований РАН
Москва, Россия

* E-mail: tatiana.losseva@gmail.com

Поступила в редакцию 29.04.2020
После доработки 20.05.2020
Принята к публикации 21.05.2020

Аннотация

Представлены методы описания ионно-звуковых ударных волн в пылевой плазме. Описан новый вид пылевых ионно-звуковых ударных волн, связанных с аномальной диссипацией. Рассмотрены основные диссипативные процессы, связанные с процессами зарядки пылевых частиц, поглощением ионов пылевыми частицами, кулоновскими столкновениями ионов с пылевыми частицами, затуханием Ландау. Предложенные методы теоретического исследования позволяют объяснить все основные особенности пылевых ионно-звуковых ударных волн, наблюдаемых в лабораторных экспериментах. Такого рода ударные волны широко представлены в околоземной плазме и Вселенной. Их изучение возможно в активных ионосферных экспериментах типа Fluxus. Важными астрофизическими проблемами, в которых следует учитывать проявления рассмотренных ударных волн, могут служить ударные волны от сверхновых, эволюция местной межзвездной среды и т.д.

Ключевые слова: пылевая плазма, ударные волны, лабораторные эксперименты, ионосфера, сверхновая, местная межзвездная среда

DOI: 10.31857/S0367292120110049

Список литературы

  1. Цытович В.Н. // УФН. 1997. Т. 167. С. 57.

  2. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. 688 с.

  3. Сагдеев Р.З. // Вопросы теории плазмы. Вып. 4. 1964. С. 20.

  4. Popel S.I., Yu M.Y., Tsytovich V.N. // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. P. 4313.

  5. Popel S.I., Tsytovich V.N., Yu M.Y. // Astrophys. Space Sci. 1998. V. 256. P. 107.

  6. Rosenberg M. // Planet. Space Sci. 1993. V. 41. P. 229.

  7. Chen F.F. // Plasma Diagnostic Techniques / Ed. R.H. Huddlestone and S.L. Leonard. N.Y.: Academic, 1965. Chap. 4.

  8. Barnes M.S., Keller J.H., Forster J.C., James A. O’Neill, D. Keith Coultas // Phys. Rev. Lett. 1992. V. 68. P. 313.

  9. Khrapak S.A., Ivlev A.V., Morfill G.E., Thomas N.M. // Phys. Rev. E. 2002. V. 66. P. 046414.

  10. Whipple E.C. // Rep. Prog. Phys. 1981. V. 49. P. 1197.

  11. Спитцер Л. Физика полностью ионизованного газа. М.: Изд-во иностранной литературы, 1957.

  12. Popel S.I., Yu M.Y. // Contrib. Plasma Phys. 1995. V. 35. P. 103.

  13. Popel S.I., Yu M.Y. // Phys. Rev. E. 1994. V. 50. P. 3060.

  14. Tsytovich V.N., Havnes O. // Comm. Plasma Phys. Controll. Fusion. 1993. V. 15. P. 2673.

  15. Losseva T.V., Popel S.I., Golub’ A.P., Izvekova Yu.N., Shukla P.K. // Phys. Plasmas. 2012. V. 19. P. 013703.

  16. Дубинов А.Е. // Физика плазмы. 2009. Т. 35. С. 1070.

  17. Оран Э.Б., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков. М.: Мир, 1990. С. 315.

  18. Попель С.И., Гиско А.А., Голубь А.П., Лосева Т.В., Бингхем Р. // Физика плазмы. 2001. Т. 27. С. 831.

  19. Tsytovich V.N., de Angelis U. // Phys. Plasmas. 1999. V. 6. P. 1093.

  20. Nakamura Y., Bailung H., Shukla P.K. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 1602.

  21. Luo Q.-Z., D’Angelo N., Merlino R.L. // Phys. Plasmas. 1999. V. 6. P. 3455.

  22. Popel S.I., Golub’ А.P., Losseva Т.V., Bingham R. // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 73. С. 258.

  23. Popel S.I., Golub’ A.P., Losseva T.V., Bingham R., Benkadda S. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. P. 1497.

  24. Попель С.И., Голубь А.П., Лосева Т.В., Бингхем Р., Бенкада С. // Физика плазмы. 2001. Т. 27. С. 483.

  25. Benkadda S., Gabbai P., Tsytovich V.N., Verga A. // Phys. Rev. E. 1996. V. 53. P. 2717.

  26. Luo Q.-Z., D’Angelo N., Merlino R.L. // Phys. Plasmas. 1999. V. 6. P. 3455.

  27. Merlino R.L., Barkan A., Thompson C., D’Angelo N. // Phys. Plasmas. 1998. V. 5. P. 1607.

  28. Попель С.И., Андреев С.Н., Гиско А.А., Голубь А.П., Лосева Т.В. // Физика плазмы. 2004. Т. 30. С. 314.

  29. Popel S.I., Losseva T.V., Merlino R.L., Andreev S.N., Golub’ A.P. // Phys. Plasmas. 2005. V. 12. 054501.

  30. Popel S.I., Losseva T.V., Golub’ A.P., Merlino R.L., Andreev S.N. // Contrib. Plasma Phys. 2005. V. 45. P. 461. https://doi.org/10.1002/ctpp.200510052

  31. Нефедов А.П., Петров О.Ф., Фортов В.Е. // УФН. 1997. Т. 167. С. 1215.

  32. Samsonov D., Morfill G., Thomas H., Hagl T., Rothermel H., Fortov V., Lipaev A., Molotkov V., Nefedov A., Petrov O., Ivanov A., Krikalev S. // Phys. Rev. E. 2003. V. 67. P. 036404.

  33. Nakamura Y., Sarma A. // Phys. Plasmas. 2001. V. 8. P. 3921.

  34. Klumov B.A., Popel S.I., Bingham R. // Письма в ЖЭТФ. 2000. Т. 72. С. 524.

  35. Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Попель С.И. // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. С. 171.

  36. Bingham R., Shapiro V.D., Tsytovich V.N., de Angelis U., Gilman M., Shevchenko V.I. // Phys. Fluids B. 1991. V. 3. P. 1728.

  37. Gavrilov B.G., Podgorny A.I., Podgorny I.M., Sobya-nin D.B., Zetzer J.I., Erlandson R.E., Meng C.-I., Stoyanov B.J. // Geophys. Res. Lett. 1999. V. 26. P. 1549.

  38. Адушкин В.В., Зецер Ю.И., Гаврилов Б.Г., Грыць-кив И.В., Киселев Ю.Н., Романовский Ю.А., Рыба-ков В.А., Менг Ч.-И., Эрландсон Р., Стоянов Б. // ДАН РФ. 1998. Т. 361. С. 818.

  39. Popel S.I., Tsytovich V.N. // Astrophys. Space Sci. 1999. V. 264. P. 219.

  40. Райзер Ю.П. // ЖЭТФ. 1959. Т. 37. С. 1741.

  41. Dwek E., Arendt R.G. // Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1992. V. 30. P. 11.

  42. Evans A. The Dusty Universe. Chichester: John Wiley & Sons, 1994.

  43. Kaplan S.A., Pikel’ner S.B. // Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1974. V. 12. P. 113.

  44. Kaplan S.A., Pikel’ner S.B. Interstellar Medium. Cambridge, MA: Harvard University Press, 1982.

  45. Cox D.P., Reynolds R.J. // Annu. Rev. Astron. Astrophys. 1987. V. 25. P. 303.

  46. Kosarev I.B., Loseva T.V., Nemtchinov I.V., Popel S.I. // Astron. Astrophys. 1994. V. 287. P. 470.

  47. Chernin A.D., Efremov Yu.N. // Violent Star Formation: From 30 Doradus to QSSO’s / Ed. Tenorio-Tagle G. Cambridge: Cambridge University, 1994. P. 65.

  48. Efremov Yu.N., Chernin A.D. // Vistas in Astron. 1994. V. 38. P. 165.

  49. Chernin A.D., Efremov Yu.N., Voinovich P.A., Mon N.R. // Astron. Soc. 1995. V. 275. P. 313.

  50. Yoshika S., Ikeuchi S. // Astrophys. J. 1990. V. 360. P. 352.

  51. Барнаусов Д.И., Войнович П.А., Чернин А.Д. // Письма Астрономич. ж. 1992. Т. 18. С. 1095.

  52. Войнович П.А., Чернин А.Д. // Письма Астрономич. ж. 1995. Т.21. С. 926.

  53. Рыбаков В.А., Артемьев В.И., Медведюк С.А., Чернин А.Д. // Письма Астрономич. ж. 1998. Т. 24. С. 874.

  54. Remington B.A., Drake R.P., Takabe H., Arnett D. // Phys. Plasmas. 2000. V. 7. P. 1641.

  55. Бочкарев Н.Г. Местная межзвездная среда. М.: Наука, 1990.

  56. Адушкин В.В., Зецер Ю.И., Киселев Ю.H., Немчинов И.В., Христофоров Б.Д. // ДАН АН CCCР. 1993. Т. 31. С. 486.

  57. Samsonov D., Zhdanov S.K., Quinn R.A., Popel S.I., Morfill G.E. // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. P. 255004.

Дополнительные материалы отсутствуют.