Бессиловой магнитный жгут с высокой плотностью тока на оси

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Представлена новая модель бессилового магнитного жгута с большой плотностью электрического тока на оси. Общее свойство осесимметричных бессиловых магнитных жгутов состоит в том, что с выходом вершины петли-жгута в корону внешнее давление, удерживающее его от бокового расширения, неуклонно падает, и при некотором критическом его уменьшении продольное магнитное поле жгута обращается в нуль на поверхности смены знака электрического тока (current inversion surface — CIS). При этом бессиловой параметр α(r) и азимутальный электрический ток jф(r) испытывают на этой поверхности разрыв второго рода, так что в окрестности CIS их значения начинают неограниченно расти (по модулю). Токовая (дрейфовая) скорость электронов здесь неизбежно превысит скорость ионного звука. Это служит триггером к разогреву неизотермической плазмы (так что будет: Te >> Ti) и возбуждению плазменной ионно-звуковой неустойчивости плазмы не только вблизи CIS, но и в центральной области жгута, где плотность тока особенно велика. Аномальное сопротивление плазмы ведет к быстрой диссипации магнитного поля и генерации супер-дрейсеровского электрического поля. Эффект Паркера (выравнивание, с некоторой задержкой, вращающего момента вдоль оси жгута за счет переноса азимутального поля в область энерговыделения) приводит к квазипериодическим пульсациям жесткого излучения вспышки и, в конечном итоге, обеспечивает вспышечное выделение заметной части всей свободной магнитной энергии, накопленной в жгуте.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Соловьев

Главная (Пулковская) астрономическая обсерватория РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: astrojourn@pran.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. A. A. Solov’ev, E. A. Kirichek, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 505, 3, 4406–4416 (2021).
  2. A. A. Solov’ev, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 515, 4, 4981–4989 (2022).
  3. A. A. Solov’ev, E. A. Kirichek, Astronomy Letters 49, 5, 256–268 (2023).
  4. A. A. Solov’ev, O. A. Korolkova, E. A. Kirichek, Geomagnetism and Aeronomy 63, 8, 10–25 (2023).
  5. G.D. Fleishman, D. Gary, B. Chen, et al., Science 367, 278–280 (2020).
  6. G. D. Fleishman, G. M. Nita, M. Gelu, B. Chen, Nature 606, 674–677 (2022).
  7. Л. А. Арцимович, Р. З. Сагдеев Физика плазмы для физиков (М.: Атомиздат, 1979).
  8. V. M. Tomozov Solar activity and solar-terrestrial relations (85–89, 1976).
  9. A. T. Altyntsev, V. I. Krasov, V. M. Tomozov Vneatmos. Issled. aktiv.oblastej na Solntse (Moskva, Nauka, 132–135, 1976).
  10. E. N. Parker Cosmical Magnetic Fields (Clarendon Press, Oxford, Part 1, 1979).
  11. E. N. Parker Conversations on Electric and Magnetic Field in the Cosmos (Princeton Univ. Press, Princeton, NJ, 2007).
  12. T. Gold, F. Hoyle, Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 120, 89–105 (1960).
  13. В. Д. Шафранов Вопросы теории плазмы (М. Атомиздат. вып. 2, 92–132. 1962).
  14. В. Ф. Мельников, И. А. Бакунина и др. Доклад на 19-й конференции «Физика плазмы в солнечной системе» (М., ИКИ РАН, 2024).
  15. S. Krucker, M. Battaglia, P. J. Cargill, et al., Astron. and Astrophys. Rev. 16, 155–208 (2008).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Отрезок магнитного цилиндра радиуса сечения а, как вершина слабоизогнутой магнитной петли с основаниями, закрепленными далеко в фотосфере (модель Паркера). Поскольку полный ток в жгуте экранирован, равен нулю, то в жгуте неизбежно имеется магнитная поверхность радиуса r0, на которой ток меняет знак (CIS — current inversion surface). Показаны декартова (x, y, z) и цилиндрическая (r, ϕ, z) системы координат. Синяя линия —винтовое магнитное поле, Bex — внешнее продольное поле, обеспечивающее боковое равновесие магнитного жгута.

Скачать (91KB)
3. Рис. 2. Функция (5), зеленая линия, выражена в единицах . Сиреневая линия — плотность продольного тока , в единицах . Ее величина на оси равна 11, ток меняет знак при . Синяя линия — азимутальное поле .

Скачать (88KB)
4. Рис. 3. Синяя линия — поле . Сиреневая пунктирная — продольное поле  при внешнем давлении выше критического , красная линия — поле , обращается в ноль на поверхности CIS с координатой  при .

Скачать (95KB)
5. Рис. 4. а. Здесь величины терпят разрыв при G = Gcr = 2. Сиреневая линия — полный ток  в единицах  (максимум +11 на оси), синяя — азимутальный ток . Зеленая — бессиловой параметр α(r) , на оси он равен 3k. b. Поведение электрических токов и бессилового параметра α(r) при внешнем давлении, чуть выше критического: G = 2.03 > Gcr = 1.99999 = 2.0.

Скачать (175KB)
6. Рис. 5. Вид подынтегральной функции в выражении (23) при различных значениях величины внешнего давления G. При G = Gcr, площадь под кривыми, т. е. интеграл 2W, принимает минимальное значение. Для магнитных полей в подынтегральном выражении (23) использованы формулы (7) и (8).

Скачать (111KB)
7. Рис. 6. Типичный профиль рентгеновского излучения вспышечной петли. Интервалы между пиками составляют около 10 с.

Скачать (87KB)

© Российская академия наук, 2024