Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

КОСМИ́ЧЕСКАЯ ПЛА́ЗМА

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 15. Москва, 2010, стр. 420

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Л. М. Зелёный, Х. В. Малова

КОСМИ́ЧЕСКАЯ ПЛА́ЗМА, плаз­ма (пол­но­стью или час­тич­но ио­ни­зо­ван­ный газ) в кос­мич. про­стран­ст­ве и на­се­ляю­щих его объ­ек­тах. К. п. воз­ник­ла в пер­вые мик­ро­се­кун­ды ро­ж­де­ния Все­лен­ной по­сле Боль­шо­го взры­ва и ны­не яв­ля­ет­ся наи­бо­лее рас­про­стра­нён­ным со­стоя­ни­ем ве­ще­ст­ва в при­ро­де, со­став­ляя 95% от мас­сы Все­лен­ной (без учё­та тём­ной ма­те­рии и тём­ной энер­гии, при­ро­да ко­то­рых по­ка не­из­вест­на). По свой­ст­вам, за­ви­сящим от темп-ры и плот­но­сти ве­ще­ст­ва, и по на­прав­ле­ни­ям ис­сле­до­ва­ния К. п. мож­но раз­де­лить на сле­дую­щие ви­ды: кварк-глю­он­ная (ядер­ная), га­лак­ти­чес­кая (плаз­ма га­лак­тик и га­лак­тич. ядер), звёзд­ная (плаз­ма звёзд и звёзд­ных ат­мо­сфер), меж­пла­нет­ная и маг­ни­то­сфер­ная. К. п. мо­жет на­хо­дить­ся в рав­но­вес­ном и не­рав­но­вес­ном со­стоя­ни­ях, мо­жет быть иде­аль­ной и не­иде­аль­ной.

Возникновение космической плазмы

Возникновение космической плазмы в процессе эволюции Вселенной.

Со­глас­но тео­рии Боль­шо­го взры­ва, 13,7 млрд. лет на­зад ве­ще­ст­во Все­лен­ной бы­ло скон­цен­три­ро­ва­но в очень ма­лом объ­ё­ме и име­ло ог­ром­ную плот­ность (5·1091 г/см3) и темп-ру (1032 К). При чрез­вы­чай­но вы­со­ких тем­пе­ра­ту­рах, ха­рак­тер­ных для ран­них ста­дий рас­ши­рения Все­лен­ной, та­кие час­ти­цы, как, напр., W±- и Z0-бо­зо­ны, от­вет­ст­вен­ные за сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие, бы­ли без­массо­вы­ми, как и фо­то­ны (сим­мет­рия элек­тро­маг­нит­но­го и сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вий). Это оз­на­ча­ет, что сла­бое взаи­мо­дей­ст­вие яв­ля­лось даль­но­дей­ст­вую­щим, а ана­ло­гом са­мо­со­гла­со­ван­но­го элек­тро­маг­нит­но­го по­ля бы­ло са­мо­со­гла­со­ван­ное Ян­га – Мил­лса по­ле. Т. о., вся леп­тон­ная ком­по­нен­та ве­ще­ст­ва, уча­ст­вую­щая в сла­бом и эле­кт­ро­маг­нит­ном взаи­мо­дей­ст­ви­ях, на­хо­ди­лась в со­стоя­нии плаз­мы. Рас­пад элек­тро­сла­бо­го взаи­мо­дей­ст­вия на элек­тро­маг­нит­ное и сла­бое при Т<1015 К при­вёл к по­яв­ле­нию мас­сы у квар­ков, леп­то­нов и W±-, Z-бо­зо­нов. Ве­ще­ст­во ока­за­лось в со­стоя­нии кварк-глю­он­ной плаз­мы (рис.) – силь­но­взаи­мо­дей­ст­вую­щей ядер­ной ма­те­рии, в ко­то­рой ос­во­бо­ж­дён­ные цвет­ные квар­ки (фун­дам. час­ти­цы ве­ще­ст­ва) и глюо­ны (кван­ты силь­но­го взаи­мо­дей­ст­вия) об­ра­зу­ют не­пре­рыв­ную сре­ду (хро­мо­плаз­му) и мо­гут рас­про­стра­нять­ся в ней как ква­зис­во­бод­ные час­ти­цы, а сла­бые взаи­мо­дей­ст­вия иг­ра­ют роль даль­но­дей­ст­вую­щих сил. При плот­но­стях ве­ще­ст­ва n>1014 г/см3, энер­ги­ях >0,1 ГэВ и ср. рас­стоя­ни­ях ме­ж­ду час­ти­ца­ми мно­го мень­ше 10–13 см та­кая плаз­ма мо­жет быть иде­аль­ной и бес­столк­но­ви­тель­ной (дли­на сво­бод­но­го про­бе­га час­тиц мно­го боль­ше ха­рак­тер­ных раз­ме­ров сис­те­мы). Ох­ла­ж­да­ясь, квар­ки на­ча­ли груп­пи­ро­вать­ся в ад­ро­ны (ад­ро­ни­за­ция, кварк-ад­рон­ный фа­зо­вый пе­ре­ход). Осн. про­цес­са­ми в эру ад­ро­нов бы­ли ро­ж­де­ние гам­ма-кван­та­ми пар час­ти­ца – ан­ти­час­ти­ца и их по­сле­дую­щая ан­ни­ги­ля­ция. К кон­цу ад­рон­ной эры, ко­гда темп-ра сни­зи­лась до 1012 К, а плот­ность ве­ще­ст­ва до 1014 г/см3, рож­де­ние пар ад­рон – ан­ти­ад­рон ста­ло не­воз­мож­ным, а их ан­ни­ги­ля­ция и рас­пад про­дол­жа­лись. Од­на­ко энер­гия фо­то­нов бы­ла дос­та­точ­на для ро­ж­де­ния пар леп­тон – ан­ти­леп­тон (леп­тон­ная эра).

По­сле 1 с от на­ча­ла Боль­шо­го взры­ва на­ча­лись ре­ак­ции нук­лео­син­те­за и про­ис­хо­ди­ло фор­ми­ро­ва­ние совр. К. п. Вы­со­кие плот­ность и темп-ра из­лу­че­ния не по­зво­ля­ли об­ра­зо­вы­вать­ся ней­траль­ным ато­мам; ве­ще­ст­во пре­бы­ва­ло в со­стоя­нии плаз­мы. Че­рез 300 тыс. лет по­сле Боль­шо­го взры­ва, при ох­ла­ж­де­нии до темп-ры ок. 4000 К, на­ча­лось объ­е­ди­не­ние про­то­нов и элек­тро­нов в ато­мы во­до­ро­да, дей­те­рия и ге­лия, а из­лу­че­ние пе­ре­ста­ло взаи­мо­дей­ст­во­вать с ве­ще­ст­вом. Фо­то­ны ста­ли рас­про­стра­нять­ся сво­бод­но. Они на­блю­да­ют­ся ны­не в ви­де рав­но­вес­но­го мик­ро­вол­но­во­го фо­но­во­го из­лу­че­ния (ре­лик­то­вое из­лу­че­ние). Че­рез 150 млн. – 1 млрд. лет по­сле Боль­шо­го взры­ва об­ра­зо­ва­лись пер­вые звёз­ды, ква­за­ры, га­лак­ти­ки, ско­п­ле­ния и сверх­ско­п­ле­ния га­лак­тик. Про­ис­хо­ди­ла по­втор­ная ио­ни­за­ция во­до­ро­да све­том звёзд и ква­за­ров с об­ра­зо­ва­ни­ем га­лак­ти­че­ской и звёзд­ной плаз­мы. Че­рез 9 млрд. лет про­изош­ло об­ра­зо­ва­ние меж­звёзд­но­го об­ла­ка, дав­ше­го на­ча­ло Сол­неч­ной сис­те­ме и Зем­ле.

Виды космической плазмы

За ис­клю­че­ни­ем плаз­мы ядер звёзд и ниж­них сло­ёв око­ло­пла­нет­ной плаз­мы, К. п. яв­ля­ет­ся бес­столк­но­ви­тель­ной. Вслед­ст­вие это­го функ­ции рас­пре­де­ле­ния К. п. час­то от­ли­ча­ют­ся от клас­сич. рас­пре­де­ле­ния Мак­свел­ла, т. е. мо­гут иметь пи­ки, со­от­вет­ст­вую­щие пуч­кам за­ря­жен­ных час­тиц. Для бес­столк­но­ви­тель­ной плаз­мы ха­рак­тер­но не­рав­но­вес­ное со­стоя­ние, при ко­то­ром тем­пе­ра­ту­ры про­то­нов и элек­тро­нов раз­лич­ны. Рав­но­ве­сие в бес­столк­но­ви­тель­ной К. п. ус­та­нав­ли­ва­ет­ся не че­рез столк­но­ве­ния, а че­рез воз­бу­ж­де­ние элек­тро­маг­нит­ных волн, со­гла­со­ван­ных с кол­лек­тив­ным дви­же­ни­ем за­ря­жен­ных час­тиц плаз­мы. Ти­пы волн за­ви­сят от внеш­них маг­нит­ных и элек­трич. по­лей, от кон­фи­гу­ра­ции плаз­мы и по­лей.

Мощ­ность не­рав­но­вес­но­го из­лу­че­ния кос­мич. объ­ек­тов мо­жет быть мно­го боль­ше мощ­но­сти рав­но­вес­но­го из­лу­че­ния, а спектр – не­план­ков­ский. Ис­точ­ни­ка­ми не­рав­но­вес­но­го из­лу­че­ния яв­ля­ют­ся, напр., ква­за­ры и ра­дио­га­лак­ти­ки. В их из­лу­че­нии важ­ную роль иг­ра­ют вы­бро­сы (дже­ты) по­то­ков ре­ля­ти­ви­ст­ских элек­тро­нов или силь­но ио­ни­зо­ван­ной плаз­мы, рас­про­стра­няю­щих­ся в кос­мич. маг­нит­ных по­лях. Не­рав­но­вес­ность маг­ни­то­сфер­ной плаз­мы вбли­зи Зем­ли про­яв­ля­ет­ся так­же в ге­не­ра­ции пуч­ков за­ря­жен­ных час­тиц, что при­во­дит к ра­дио­из­лу­че­нию Зем­ли в диа­па­зо­не ки­ломет­ро­вых длин волн. Не­рав­но­вес­ные плаз­мен­ные яв­ле­ния при­во­дят к ге­не­ра­ции па­ке­тов волн и воз­ник­но­ве­нию мно­го­мас­штаб­ных плаз­мен­ных тур­бу­лент­но­стей в кос­мич. плаз­ме.

Га­лак­ти­че­ская плаз­ма име­ет боль­шую плот­ность в мо­ло­дых га­лак­ти­ках, об­ра­зую­щих­ся из сжи­маю­щих­ся про­то­з­вёзд­ных об­ла­ков ио­ни­зо­ван­но­го га­за и пы­ли. Со­от­но­ше­ние об­ще­го ко­ли­че­ст­ва звёзд­но­го и меж­звёзд­но­го ве­ще­ст­ва в га­лак­ти­ке из­ме­ня­ет­ся по ме­ре эво­лю­ции: из меж­звёзд­ной диф­фуз­ной ма­те­рии об­ра­зу­ют­ся звёз­ды, а они в кон­це сво­его эво­лю­ци­он­но­го пу­ти воз­вра­ща­ют в меж­звёзд­ное про­стран­ст­во толь­ко часть ве­ще­ст­ва; не­ко­то­рая часть его ос­та­ёт­ся в бе­лых кар­ли­ках и ней­трон­ных звёз­дах, а так­же в мед­лен­но эво­лю­цио­ни­рую­щих ма­ло­мас­сив­ных звёз­дах, воз­раст ко­то­рых срав­ним с воз­рас­том Все­лен­ной. Т. о., со вре­ме­нем ко­ли­че­ст­во меж­звёзд­но­го ве­ще­ст­ва в га­лак­ти­ке убы­ва­ет: в «ста­рых» га­лак­ти­ках кон­цен­тра­ция меж­звёзд­ной плаз­мы ни­чтож­на.

Звёзд­ная плаз­ма. Звёз­ды ти­па Солн­ца пред­став­ля­ют со­бой мас­сив­ные плаз­мен­ные ша­ро­об­раз­ные объ­ек­ты. Тер­мо­ядер­ные ре­ак­ции в яд­ре под­дер­жи­вают вы­со­кие темп-ры, ко­то­рые обес­печи­ва­ют тер­мич. ио­ни­за­цию ве­ще­ст­ва и пе­ре­ход его в со­стоя­ние плаз­мы. Вы­со­кое дав­ле­ние плаз­мы под­дер­жи­ва­ет гид­ро­ста­тич. рав­но­ве­сие. Темп-ра плаз­мы в цен­тре нор­маль­ных звёзд мо­жет дос­ти­гать 109 К. Плаз­ма сол­неч­ной ко­ро­ны име­ет темп-ру ок. 2·106 К и со­сре­до­то­че­на пре­им. в маг­нит­ных ар­ках, труб­ках, соз­да­вае­мых вы­хо­дя­щи­ми в ко­ро­ну маг­нит­ны­ми по­ля­ми Солн­ца.

Не­смот­ря на вы­со­кие плот­но­сти, плаз­ма звёзд обыч­но иде­аль­на за счёт вы­со­ких тем­пе­ра­тур: толь­ко в звёз­дах с ма­лы­ми мас­са­ми [0,5 мас­сы Солн­ца (М)] по­яв­ля­ют­ся эф­фек­ты, свя­зан­ные с не­иде­аль­но­стью плаз­мы. В центр. об­лас­тях нор­маль­ных звёзд дли­ны сво­бод­но­го про­бе­га час­тиц ма­лы, по­это­му плаз­ма в них столк­но­ви­тель­ная, рав­но­вес­ная; в верх­них сло­ях (осо­бен­но в хро­мо­сфере и ко­ро­не) плаз­ма бес­столк­но­ви­тель­ная.

В мас­сив­ных и ком­пакт­ных звёз­дах плот­ность К. п. мо­жет быть на неск. по­ряд­ков вы­ше, чем в цен­тре нор­маль­ных звёзд. Так, в бе­лых кар­ли­ках плот­ность на­столь­ко ве­ли­ка, что элек­тро­ны ока­зы­ва­ют­ся вы­ро­ж­ден­ны­ми (см. Вы­ро­ж­ден­ный газ). Ио­ни­за­ция ве­ще­ст­ва обес­пе­чи­ва­ет­ся за счёт боль­шой ки­не­тич. энер­гии час­тиц, оп­ре­де­ляе­мой фер­ми-энер­ги­ей; она же яв­ля­ет­ся при­чи­ной иде­аль­но­сти К. п. в бе­лых кар­ли­ках. Вы­ро­ж­ден­ный элек­трон­ный газ про­ти­во­дей­ст­ву­ет си­лам гра­ви­та­ции, обес­пе­чи­вая рав­но­ве­сие звез­ды.

В ней­трон­ных звёз­дах (ко­неч­ных про­дук­тах эво­лю­ции звёзд мас­сой 1,3–2 М) при плот­но­стях ве­ще­ст­ва 3·1014– 2·1015 г/см3, срав­ни­мых с плот­но­стью ве­ще­ст­ва в атом­ных яд­рах, про­ис­хо­дит вы­ро­ж­де­ние не толь­ко элек­тро­нов, но и ней­тро­нов. Дав­ле­ние ней­трон­но­го вы­ро­ж­ден­но­го га­за урав­но­ве­ши­ва­ет си­лу гра­ви­та­ции в ней­трон­ных звёз­дах. Как пра­ви­ло, ней­трон­ные звёз­ды – пуль­са­ры – име­ют диа­мет­ры 10–20 км, бы­ст­ро вра­ща­ют­ся и об­ла­да­ют силь­ным маг­нит­ным по­лем ди­поль­но­го ти­па (по­ряд­ка 1012–1013 Гс на по­верх­но­сти). Маг­ни­то­сфе­ра пуль­са­ров за­пол­не­на ре­ля­ти­ви­ст­ской плаз­мой, ко­то­рая яв­ля­ет­ся ис­точ­ни­ком из­лу­че­ния элек­тро­маг­нит­ных волн.

Совр. тео­рии пред­по­ла­га­ют, что в яд­рах наи­бо­лее мас­сив­ных ней­трон­ных звёзд, воз­мож­но, су­ще­ст­ву­ет кварк-глю­он­ная плаз­ма (т. н. квар­ко­вые, или стран­ные, звёз­ды). При вы­со­ких плот­но­стях ве­ще­ст­ва в цен­трах ней­трон­ных звёзд ней­тро­ны ока­зы­ва­ют­ся рас­по­ло­жен­ны­ми вплот­ную друг к дру­гу (на рас­стоя­нии клас­сич. ра­диу­сов), бла­го­да­ря че­му квар­ки мо­гут сво­бод­но пе­ре­ме­щать­ся по всей об­лас­ти ве­ще­ст­ва. Та­кое ве­ще­ст­во мож­но рас­смат­ри­вать как квар­ко­вый газ или жид­кость.

Меж­пла­нет­ная и маг­ни­то­сфер­ная плаз­ма. Со­стоя­ние око­ло­пла­нет­ной плаз­мы, а так­же струк­ту­ра за­ни­мае­мо­го ею про­стран­ст­ва за­ви­сят от на­ли­чия собств. маг­нит­но­го по­ля у пла­не­ты и её уда­лён­но­сти от Солн­ца, в ко­ро­не ко­то­ро­го есть от­кры­тые (не замк­ну­тые) маг­нит­ные си­ло­вые ли­нии. По ним со ско­ро­стью 300–1200 км/с ис­те­ка­ет сол­неч­ный ве­тер  по­ток ио­ни­зо­ван­ных час­тиц (про­то­ны, элек­тро­ны и яд­ра ге­лия) с плот­но­стью по­ряд­ка 1–10 см–3. Си­ло­вые ли­нии меж­пла­нет­но­го маг­нит­но­го по­ля, соз­дан­но­го то­ка­ми, те­ку­щи­ми внут­ри Солн­ца, мож­но счи­тать вмо­ро­жен­ны­ми в плаз­му сол­неч­но­го вет­ра. Собств. маг­нит­ное по­ле боль­шин­ст­ва пла­нет, как пра­ви­ло, име­ет ди­поль­ную фор­му, что спо­соб­ст­ву­ет за­хва­ту меж­пла­нет­ной плаз­мы и энер­гич­ных сол­неч­ных час­тиц в ес­теств. маг­нит­ные ло­вуш­ки. Об­те­ка­ние сол­неч­ным вет­ром маг­нит­но­го по­ля пла­не­ты при­во­дит к об­ра­зо­ва­нию маг­ни­то­сфе­ры пла­не­ты – по­лос­ти, за­пол­нен­ной плаз­мой сол­неч­но­го вет­ра и плаз­мой пла­нет­но­го про­ис­хо­ж­де­ния.

При об­те­ка­нии сверх­зву­ко­вым по­то­ком сол­неч­но­го вет­ра маг­нит­но­го по­ля Зем­ли на рас­стоя­нии 13–17 ра­диу­сов Зем­ли от её цен­тра об­ра­зу­ет­ся бес­столк­но­ви­тель­ная удар­ная вол­на, на ко­то­рой про­ис­хо­дит тор­мо­же­ние плаз­мы сол­неч­но­го вет­ра, её на­грев и уве­ли­че­ние плот­но­сти и ам­пли­ту­ды маг­нит­но­го по­ля. Бли­же к пла­не­те рас­по­ла­га­ет­ся маг­ни­то­пау­за – гра­ни­ца маг­ни­то­сфе­ры, где ди­на­мич. дав­ле­ние плаз­мы сол­неч­но­го вет­ра урав­но­ве­ши­ва­ет­ся дав­ле­ни­ем маг­нит­но­го по­ля Зем­ли. Маг­ни­то­сфе­ра Зем­ли сжа­та со сто­ро­ны на­ле­таю­ще­го по­то­ка на днев­ной сто­ро­не и силь­но вы­тя­ну­та в ноч­ном на­прав­ле­нии, фор­мой на­по­ми­ная хвост ко­ме­ты (т. н. маг­ни­то­сфер­ный хвост).

В за­ви­си­мо­сти от ве­ли­чи­ны маг­нит­ного по­ля маг­ни­то­сфе­ры пла­нет мо­гут иметь разл. строе­ние, ко­то­рое тем ком­пакт­нее, чем мень­ше собств. маг­нит­ное по­ле пла­не­ты. Маг­ни­то­сфе­ра Зем­ли вклю­ча­ет ио­но­сфе­ру (верх­нюю ат­мо­сфе­ру на вы­со­тах от 60 км и вы­ше, где плаз­ма силь­но ио­ни­зо­ва­на под дей­ст­ви­ем сол­неч­но­го ко­рот­ко­вол­но­во­го из­лу­че­ния) с плот­но­стью час­тиц 102–106 см–3, плаз­му ра­диа­ци­он­ных поя­сов Зем­ли с плот­но­стью по­ряд­ка 107 см–3, плаз­мо­сфе­ру с плот­но­стью по­ряд­ка 102–104 см–3 на рас­стоя­ни­ях до не­сколь­ких ра­диу­сов Зем­ли и плаз­му маг­ни­то­сфер­но­го хво­ста со ср. плот­но­стью по­ряд­ка 1 см–3.

Плаз­ма сол­неч­но­го вет­ра про­ни­ка­ет в маг­ни­то­сфе­ру в об­лас­ти «ра­зомк­ну­тых» маг­нит­ных си­ло­вых ли­ний (по­ляр­ных кас­пов), в об­лас­тях пе­ре­со­еди­не­ния зем­но­го и меж­пла­нет­но­го маг­нит­ных по­лей на маг­ни­то­пау­зе, вслед­ст­вие маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ских (МГД) эф­фек­тов и плаз­мен­ных не­ус­той­чи­во­стей. Часть про­ник­шей в маг­ни­то­сфе­ру плаз­мы по­пол­ня­ет ра­диа­ци­он­ные поя­са пла­не­ты и плаз­мен­ный слой маг­ни­то­сфер­но­го хво­ста. Про­ник­но­ве­ние плаз­мы внутрь маг­ни­то­сфе­ры и её вы­сы­па­ние в верх­ние слои ат­мо­сфе­ры и ио­но­сфе­ры яв­ля­ют­ся при­чи­ной по­ляр­ных сия­ний.

В Сол­неч­ной сис­те­ме маг­ни­то­сфе­ры име­ют­ся прак­ти­че­ски у всех пла­нет. Зем­ля и пла­не­ты-ги­ган­ты (Юпи­тер, Са­турн, Уран, Неп­тун) об­ла­да­ют наи­бо­лее силь­ны­ми собств. маг­нит­ны­ми по­ля­ми, са­мое сла­бое маг­нит­ное по­ле име­ет Марс, у Ве­не­ры и Лу­ны собств. маг­нит­ное поле прак­ти­че­ски от­сут­ст­ву­ет. Маг­ни­то­сфер­ная плаз­ма пла­нет яв­ля­ет­ся бес­столк­но­ви­тель­ной. Ре­лак­са­ция по энер­ги­ям и им­пуль­сам в та­кой плаз­ме про­ис­хо­дит че­рез воз­бу­ж­де­ние мно­го­об­раз­ных ко­ле­ба­ний и волн. В плаз­ме хво­ста маг­ни­то­сфе­ры Зем­ли от­сут­ст­ву­ет тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сие: элек­трон­ная темп-ра в 3–8 раз мень­ше ион­ной.

Маг­ни­то­сфе­ры пла­нет силь­но из­мен­чи­вы, что свя­за­но с из­мен­чи­во­стью меж­пла­нет­но­го маг­нит­но­го по­ля и по­то­ка энер­гии, по­сту­паю­ще­го из сол­неч­но­го вет­ра внутрь маг­ни­то­сфе­ры бла­го­да­ря пе­ре­со­еди­не­нию маг­нит­ных си­ло­вых ли­ний на маг­ни­то­пау­зе. Наи­бо­лее силь­ные маг­ни­то­сфер­ные воз­му­ще­ния – маг­нит­ные бу­ри свя­за­ны с при­хо­дом к Зем­ле плаз­мен­ных об­ла­ков при мощ­ных вы­бро­сах плаз­мы из ко­ро­ны Солн­ца.

Методы исследования космической плазмы

К. п. уда­лён­ных объ­ек­тов ис­сле­ду­ет­ся дис­тан­ци­он­ны­ми спек­траль­ны­ми ме­то­да­ми с по­мо­щью оп­тич. те­ле­ско­пов, ра­дио­те­ле­ско­пов, вне­ат­мо­сфер­ных рент­ге­нов­ских и гам­ма-те­ле­ско­пов. С по­мощью при­бо­ров, ус­та­нов­лен­ных на ра­ке­тах, спут­ни­ках и КА, бы­ст­ро рас­ши­ря­ет­ся ко­ли­че­ст­во пря­мых из­ме­ре­ний па­ра­мет­ров К. п. в пре­де­лах Сол­неч­ной сис­те­мы (ис­сле­до­ва­ния Мер­ку­рия, Ве­не­ры, Мар­са, Юпи­те­ра и др. пла­нет). Ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния вклю­ча­ют в се­бя ис­поль­зо­ва­ние зон­до­вых из­ме­ре­ний, вол­но­вой низ­ко- и вы­со­ко­час­тот­ной спек­тро­мет­рии, из­ме­ре­ний маг­нит­ных и элек­трич. по­лей. Ве­дут­ся ис­сле­до­ва­ния ра­ди­ац. поя­сов Зем­ли, сол­неч­но­го вет­ра, бес­столк­но­ви­тель­ной удар­ной вол­ны маг­ни­то­сфе­ры Зем­ли, хво­ста маг­ни­то­сфе­ры, по­ляр­ных сия­ний, ки­ло­мет­ро­во­го из­лу­че­ния Зем­ли и т. д. Совр. кос­мич. тех­ни­ка по­зво­ля­ет про­во­дить т. н. ак­тив­ные экс­пе­ри­мен­ты в кос­мо­се – ак­тив­но воз­дей­ст­во­вать на око­ло­зем­ную К. п. ра­дио­из­лу­че­ни­ем, пуч­ка­ми за­ря­жен­ных час­тиц, плаз­мен­ны­ми сгу­ст­ка­ми и т. п. Эти ме­то­ды ис­поль­зу­ют­ся для ди­аг­но­сти­ки и мо­де­ли­ро­ва­ния ес­теств. про­цес­сов в ре­аль­ных ус­ло­ви­ях.

В зем­ных ус­ло­ви­ях кварк-глю­он­ную плаз­му ста­ло воз­мож­ным ис­сле­до­вать на кол­лай­де­рах при столк­но­ве­нии пуч­ков ре­ля­ти­ви­ст­ских тя­жё­лых ио­нов [ЦЕРН, Швей­ца­рия; RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider), США].

Для К. п. ха­рак­тер­но су­ще­ст­во­ва­ние маг­ни­то­гид­ро­ди­на­мич. волн, ко­то­рые при боль­ших ам­пли­ту­дах силь­но не­ли­ней­ны и мо­гут иметь фор­му со­ли­то­нов или удар­ных волн. Об­щая тео­рия не­ли­ней­ных волн по­ка от­сут­ст­ву­ет. За­да­ча о вол­нах ма­лой ам­пли­ту­ды ре­ша­ет­ся до кон­ца ме­то­дом ли­неа­ри­за­ции урав­не­ний со­стоя­ния плаз­мы. Для опи­са­ния столк­но­ви­тель­ной К. п. обыч­но ис­поль­зу­ет­ся МГД-при­бли­же­ние (см. Маг­нит­ная гид­ро­ди­на­ми­ка). Рас­про­стра­не­ние волн и мел­ко­мас­штаб­ные струк­ту­ры в бес­столк­но­ви­тель­ной К. п. опи­сы­ва­ют­ся сис­те­ма­ми урав­не­ний Вла­со­ва – Мак­свел­ла для элек­тро­маг­нит­ных по­лей и плаз­мы. Од­на­ко, ко­гда те­п­ло­вое дви­же­ние за­ря­жен­ных час­тиц не­суще­ст­вен­но, а мас­шта­бы сис­те­мы ве­ли­ки по срав­не­нию с лар­мо­ров­ским ра­диу­сом (ха­рак­тер­ным мас­шта­бом враще­ния заряженных час­тиц в маг­нитном по­ле), в бес­столк­но­витель­ной плаз­ме так­же ис­поль­зу­ет­ся МГД-при­бли­же­ние.

Лит.: Ака­со­фу С. И., Чеп­мен С. Сол­неч­но-зем­ная фи­зи­ка. М., 1974–1975. Ч. 1–2; Аль­вен Х. Кос­ми­че­ская плаз­ма. М., 1983; Зе­ле­ный Л. М. Ди­на­ми­ка плаз­мы и маг­нит­ных по­лей в хво­сте маг­ни­то­сфе­ры Зем­ли // Ито­ги нау­ки и тех­ни­ки. Сер. Ис­сле­до­ва­ния кос­ми­че­ско­го про­стран­ст­ва. М., 1986; Ас­тро­но­мия: век ХХI / Под ред. В. Г. Сур­ди­на. Фря­зи­но, 2007; Хо­кинг С. Крат­кая ис­то­рия вре­ме­ни: от Боль­шо­го взры­ва до чер­ных дыр. СПб., 2008.

Вернуться к началу