Турбулентність Є Одним З Найбільш Важливих Властивостей Міжзоряного Плазми

Турбулентність є одним з найбільш важливих властивостей міжзоряного плазми. Щільність, швидкість руху, магнітне поле та інші параметри космічного газу” змінюються на всіх доступних для вимірів масштабах. Природа цих змін поки не ясна. Але дати оцінку розподілу “космічних збурень” за масштабами завдяки недавнім спостереженнями вчених з Пущинской радіоастрономічної обсерваторії Астрокосмического центру ФІАН, вже можна, повідомила прес-служба ФІАН.
Багато хто пам’ятає зі школи про існування таких видів руху рідини і газу, як ламінарне та турбулентне. Ламінарна, або, як говорили раніше, струминне рух характеризується пошаровим переміщенням речовини без перемішування і пульсацій. Але варто швидкості руху речовини збільшитися, як це “спокій” перетворюється в турбулентний “хаос”, з завихреннями і безладними коливаннями. Якщо спостерігати з Землі за рухом міжзоряного середовища, то стане ясно – космічній плазмі також притаманна турбулентність. Однак на питання, яка її природа, однозначної відповіді наразі не існує.
“На сьогоднішній день для опису турбулентності міжзоряної плазми використовують її енергетичний спектр, або, іншими словами, розподіл енергії міжзоряної плазми за масштабами збурень”, – розповідає провідний науковий співробітник Пущинской радіоастрономічної обсерваторії АКЦ ФІАН, д. ф.-м. н. Володимир Шишов.
Досить широкий діапазон розподілу збурень міжзоряної плазми за масштабами припадає на так званий інерційний інтервал, на якому залежність енергії від масштабу має степеневий вигляд. Цей інтервал ділиться на дві частини. Найбільша енергія збурень припадає на зовнішню частину інтервалу (так званий зовнішній масштаб). Інша частина інерційного інтервалу називається внутрішнім масштабом. Вважається, що зрозумівши причини, за якими спектр турбулентності в цій області має ступеневу залежність, ми розгадаємо і природу самої “космічної” турбулентності.
“В даний час прийнято вважати, – продовжує Володимир Шишов, – що степеневий вигляд спектру турбулентності формують нелінійні взаємодії між так званими магнитогидродинамическими хвилями. Ці хвилі поширюються вздовж міжзоряних ліній магнітного поля і забезпечують передачу енергії плазми від зовнішньої частини інерційного масштабу до внутрішньої. Вперше таку модель запропонував у 1963 р. співробітник Астрономічного інституту імені П. К. Штернберга МДУ Р. С. Ирошников. Після цього пропонувалося ще кілька моделей з різницею в типі нелінійних взаємодій, але суть залишалася незмінною.
Між тим, турбулентність міжзоряної плазми можна описати не тільки загальними словами, а й кількісно. Зокрема, спектр цієї турбулентності можна виміряти за спостереженнями радіохвиль, що пронизують плазму. Одними з кращих джерел таких хвиль є пульсари – вони випромінюють радіоімпульси, які легко реєструються на Землі за допомогою радіотелескопів.
“Спостереження за спектром турбулентності проводяться з 2002 року. У цьому проекті брало участь відразу кілька наукових установ Німеччини, США та Росії. Для роботи залучалося кілька радіотелескопів, у кожного з яких був свій частотний діапазон – від 100 МГц до 5 Ггц. Такі комплексні вимірювання на різних частотах дозволили на кілька порядків збільшити спостережуваний діапазон масштабів. З боку Росії в спостереженнях брала участь наша Пущинская радіоастрономічна обсерваторія і радіотелескоп БСА (Велика синфазного антена, що працює на частоті 112 МГц – прим. Ф. В.)”, – говорить співробітник ФІАН.
За час експерименту, основна частина якого здійснювалася в період з 2002 по 2008 рік, вченим вдалося експериментально підтвердити, що спектр турбулентності міжзоряної плазми в широкому діапазоні масштабів (від тисяч км до сотих часток парсека) дійсно є статечним. Також вдалося визначити показник ступеня та оцінити величину зовнішнього масштабу турбулентності. Він виявився рівним приблизно 0.03 парсека або 1015 метрів. Проте із-за недостатньої чутливості методу тоді так і не вдалося визначити вид спектру турбулентності в діапазоні масштабів від тисяч до сотень кілометрів, а саме тут за попередніми оцінками повинен лежати внутрішній масштаб спектру. Вчені з Пущино вирішили підійти до цієї проблеми трохи інакше.
“У своїх вимірах форми спектру турбулентності ми використовували новий метод – аналіз зміни форми імпульсу пульсара, розсіяного в турбулентній міжзоряного плазмі. Для цього ми спостерігали за пульсаром PSR В2111+46, він як раз має найбільшу величину потоку у відповідному нашого радіотелескопа метровому діапазоні хвиль”, – розповідає Шишов.