О возможности лабораторного моделирования процессов генерации альфвеновских возмущений в магнитных трубках в атмосфере солнца

О возможности лабораторного моделирования процессов генерации альфвеновских возмущений в магнитных трубках в атмосфере солнца

Автор: Прокопов П.А., Захаров Ю.П., Тищенко В.Н., Бояринцев Э.Л., Мелехов А.В., Пономаренко А.Г., Посух В.Г., Шайхисламов И.Ф.

Журнал: Солнечно-земная физика @solnechno-zemnaya-fizika

Статья в выпуске: 1 т.2, 2016 года.

Бесплатный доступ

Исследовалась возможность генерации альфвеновских возмущений в магнитных трубках в условиях взрывающейся лазерной плазмы в замагниченной фоновой плазме. Аналогичные по эффекту возбуждения волн торсионного типа процессы, предположительно, обеспечивают перенос энергии от фотосферы Солнца к короне. Исследования проводились на экспериментальном стенде КИ-1, представляющем собой цилиндрическую высоковакуумную камеру диаметром 1.2 м, длиной 5 м, с внешним магнитным полем до 500 Гс вдоль оси камеры и давлением в рабочем режиме до 2·10-6 торр. Лазерная плазма создавалась при фокусировке СО2-лазерного импульса на плоской полиэтиленовой мишени и распространялась в фоновой водородной (или гелиевой) плазме θ-пинча. В результате экспериментально смоделирована магнитная трубка радиусом 15-20 см вдоль оси камеры и направления внешнего магнитного поля, измерено распределение концентрации плазмы в трубке. Зарегистрировано распространение альфвеновской волны вдоль магнитного поля по возмущению поперечной компоненты B φ магнитного поля и продольного тока Jz. Эти возмущения распространяются со скоростью 70-90 км/с, близкой к альфвеновской, и обладают левосторонней круговой поляризацией поперечной компоненты магнитного поля. Предположительно, альфвеновская волна генерируется за счет магнитного ламинарного механизма бесстолкновительного взаимодействия облака лазерной плазмы и фона. Зарегистрирован высокочастотный вистлерный предвестник, распространяющийся перед альфвеновской волной со скоростью до 300 км/с, обладающий правосторонней поляризацией, направление поляризации меняется с приходом альфвеновской волны. Обнаружены признаки медленной магнитозвуковой волны в виде скачка концентрации фоновой плазмы с одновременным вытеснением внешнего магнитного поля. Это возмущение распространяется со скоростью ~20-30 км/с, близкой к скорости ионного звука при малом значении плазменного бета, и, по предварительным оценкам, переносит около 10 % исходной энергии лазерной плазмы.

Еще

Нагрев солнечной короны, магнитные трубки, альфвеновские волны, медленные магнитозвуковые волны, вистлеры, магнитный ламинарный механизм

Короткий адрес: https://sciup.org/142103587

IDR: 142103587   |   DOI: 10.12737/13481

Список литературы О возможности лабораторного моделирования процессов генерации альфвеновских возмущений в магнитных трубках в атмосфере солнца

  • Антонов В.М., Башурин В.П., Голубев А.И. и др. Экспериментальное исследование бесстолкновительного взаимодействия взаимопроникающих потоков плазмы//Журнал прикладной механики и технической физики. 1985. № 6. С. 3-10.
  • Башурин В.П., Голубев А.И., Терехин В.А. О бесстолкновительном торможении ионизированного облака, разлетающегося в однородную замагниченную плазму//Журнал прикладной механики и технической физики. 1983. № 5. С. 10-17.
  • Вшивков В.А., Дудникова Г.И., Захаров Ю.П. и др. Генерация плазменных возмущений при бесстолкновительном взаимодействии сверхальфвеновских потоков: Препринт № 20-87. Институт теоретической и прикладной механики, 1987. 49 с.
  • Захаров Ю.П., Антонов В.М., Бояринцев Э.Л. и др. Роль желобковой неустойчивости холловского типа при взаимодействии лазерной и космической плазмы с магнитным полем//Физика плазмы. 2006. Т. 32, № 3. С. 207-229.
  • Прист Э.Р. Солнечная магнитогидродинамика. М.: Мир, 1985. 589 c.
  • Тищенко В.Н., Шайхисламов И.Ф. Механизм объединения ударных волн в плазме с магнитным полем: критерии и эффективность формирования низкочастотных магнитозвуковых волн//Квантовая электроника. 2010. Т. 40, № 5. С. 464-469.
  • Тищенко В.Н., Шайхисламов И.Ф. Механизм объединения волн: формирование низкочастотных альфвеновских и магнитозвуковых волн в плазме//Квантовая электроника. 2014. Т. 44, № 2. С. 98-101.
  • Тищенко В.Н., Шайхисламов И.Ф., Березуцкий А.Г. Механизм объединения волн в космической плазме с магнитным полем: транспортировка импульса и момента импульса//Cуперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности: альманах/Под ред. ак. В.А. Садовничего, ак. Г.И. Савина, чл.-корр. Вл.В. Воеводина. М.: Изд-во МГУ, 2014. С. 65-74.
  • Тищенко В.Н., Захаров Ю.П., Бояринцев Э.Л. и др. Моделирование лазерной плазмой процессов генерации альфвеновских и ударных волн в космической плазме с магнитными полями//VI Всероссийская конференция по взаимодействию высококонцентрированных потоков энергии с материалами в перспективных технологиях и медицине. Новосибирск, 2015. С. 111-115.
  • Шайхисламов И.Ф., Захаров Ю.П., Посух В.Г. и др. Экспериментальное исследование бесстолкновительного сверхальфвеновского взаимодействия взаимопроникающих плазменных потоков//Физика плазмы. 2015. Т. 41, № 5. С. 434-442.
  • Antolin P., Shibata K. The role of torsional Alfven waves in coronal heating//Astrophys. J. 2010. V. 712, N 1. P. 494-510.
  • Antolin P., Okamoto T. J., De Pontieu B., et al. Resonant absorption of transverse oscillations and associated heating in a solar prominence. I. Numerical aspects//Astrophys. J. 2015. V. 809, N 1. P. 72.
  • Brady P., Ditmire T., Horton W., et al. Laboratory experiments simulating solar wind driven magnetospheres//Physics of Plasmas. 2009. V. 16, N 4. 043112.
  • De Moortel I., Nakaryakov V.M., Magnetohydrodynamic waves and coronal seismology: An overview of recent results//Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 2012. V. 370, N 1970. P. 3193-3216.
  • Dudnikova G.I., Orishich A.M., Ponomarenko A.G., et al. Laboratory and computer simulations of wave generation processes in non-stationary astrophysical phenomena//Plasma Astrophysics, ESA No SP. 1990. V. 311. P. 191-194.
  • Gekelman W., Van Zeeland M., Vincena S., Pribyl P. Laboratory experiments on Alfvén waves caused by rapidly expanding plasmas and their relationship to space phenomena//J. Geophys. Res. Space Phys. 2003. V. 108, N A7. P. 1281.
  • Kline J.L., Scime E.E. Parametric decay instabilities in the HELIX helicon plasma source//Physics of Plasmas. 2003. V. 10, N 1. P. 135-144.
  • Mourenas D., Simonet F., Zakharov Yu.P., et al. Laboratory and PIC simulations of collisionless interaction between expanding space plasma clouds and magnetic field with and without ionized background//Journal de Physique IV. 2006. V. 133. P. 1025-1030.
  • Muller G. Experimental study of torsional Alfven waves in a cylindrical partially ionized magnetoplasma//J. Plasma Phys. 1974. V. 16. P. 813-822.
  • Niemann C., Gekelman W., Constantin C.G., et al. Dynamics of exploding plasmas in a large magnetized plasma//Physics of Plasmas. 2013. V. 20, N 1. 012108.
  • Okamoto T.J., Antolin P., De Pontieu B., et al. Resonant absorption of transverse oscillations and associated heating in a solar prominence. I. Observational aspects//Astrophys. J. 2015. V. 809, N 1. P. 71.
  • Oraevsky V.N., Ruzhin Yu.Ya., Badin V.I., Deminov M.G. Alfven wave generation by means of high orbital injection of barium cloud in magnetosphere//Adv. Space Res. 2002. V. 29, N 9. P. 1327-1334.
  • Ponomarenko A.G., Zakharov Yu.P., Antonov V.M., et al. Laser plasma experiments to simulate coronal mass ejections during giant solar flare and their strong impact on magnetospheres//IEEE Transactions on Plasma Science. 2007. V. 35, N 4, pt. 1. P. 813-821.
  • Prokopov P.A., Zakharov Yu.P., Tishchenko V.N., et al. Laser plasma simulations of the generation processes of Alfven and collisionless shock waves in space plasma//J. Phys. Conf. Ser. 2016. In print.
  • Rahbarnia K., Ullrich S., Sauer K., et al. Alfvén wave dispersion behavior in singleand multicomponent plasmas//Physics of Plasmas. 2010. V. 17, N 3. 032102.
  • Vranjes J. Alfvén wave coupled with flow-driven fluid instability in interpenetrating plasmas//Physics of Plasmas. 2015. V. 22, N 5. 052102.
  • Wilcox J.M., DeSilva A.W., Cooper W.S. Experiments on Alfven-wave propagation//Physics of Fluids. 1961. V. 4. P. 1506.
  • Winske D., Gary S.P. Hybrid simulations of debris, ambient ion interactions in astrophysical explosions//J. Geophys. Res. 2007. V. 112. A10303.
  • Wright T.P. Early-time model of laser plasma expansion//Physics of Fluids. 1971. V. 14, N 9. P. 1905-1910.
  • Yagai T., Kumagai R., Hosokawa Y., et al. Excitation of an axisymmetric shear Alfvén wave by a Rogowski-type antenna//Plasma Physics: 11th International Congress on Plasma Physics: ICPP2002. AIP Publishing, 2003. V. 669, N 1. P. 137-140.
  • Zakharov Yu.P. Laboratory simulations of artificial plasma releases in space//Adv. Space Res. 2002. V. 29, N 9. P. 1335-1344.
  • Zakharov Yu.P. Collisionless laboratory astrophysics with lasers//Plasma Science. IEEE Transactions on Plasma Science. 2003. V. 31, N 6. P. 1243-1251.
  • Zakharov Yu.P., Ponomarenko A.G., Vchivkov K.V., et al. Laser-plasma simulations of artificial magnetosphere formed by giant coronal mass ejections//Astrophys. Space Sci. 2009. V. 322, N 1-4. P. 151-154.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp