Нелинейные эффекты и процессы самоорганизации в лабораторных и природных плазменно-пылевых системах
C. И. Попель
Институт космических исследований РАН, ул. Профсоюзная 84/32, Москва 117997, Россия
Рассматриваются нелинейные эффекты и процессы самоорганизации в лабораторных и природных плазменно-пылевых системах. Показано, что нелинейные волновые структуры в плазменно-пылевых системах имеют существенные особенности по отношению к таким же структурам в обычной плазме [1]. В частности, существуют новые виды ударных волн (УВ), один из которых (пылевая ионно-звуковая УВ [2]) связан с аномальной диссипацией, природа которой вытекает из процесса зарядки пылевых частиц, а другой (УВ плавления) обусловлен возможностью существования комплексной плазмы в различных агрегатных состояниях. Приведено описание теоретических исследований пылевых ионно-звуковых УВ в пылевой плазме [3], позволяющих объяснить основные экспериментальные данные по этим УВ. Рассмотрены эксперименты по УВ плавления, и показано на основе соотношений Гюгонио, что наблюдаемые структуры действительно можно трактовать как УВ [4]. Показана возможность существования слабозатухающих пылевых ионно-звуковых солитонов [5]. Отмечена роль аномальной диссипации в плазменно-пылевых системах при образовании нового вида ударных волн (которые важны в физике комет, атмосфере Земли во время активных геофизических экспериментов, при описании первичной Земли и т.д. [6]), при описании модуляционной неустойчивости, при рассмотрении слабозатухающих солитонов, при рассмотрении динамики пылевых частиц в экзосферах безатмосферных космических тел. Кроме процессов самоорганизации на микроскопическом уровне [7], в которых существенную роль играет модуляционное взаимодействие [8, 9], и которые приводят к формированию нелинейных структур, самоорганизация в плазменно-пылевых системах происходит на макроскопическом уровне, когда формируются плазменно-пылевые кристаллы, пылевые облака, капли и т.д. Разработана, в частности, модель формирования полярных мезосферных облаков в запыленной ионосфере Земли [10]. Рассмотрены аналогичные процессы в атмосфере Марса [11]. Развиты методы исследований процессов формирования плазменно-пылевых экзосфер безатмосферных космических объектов [12], в которых учтены результаты, полученные в рамках изучения свойств нано- и микромасштабных объектов (см., например, [13, 14]). Приведено краткое описание задач, связанных с плазменно-пылевыми системами в атмосферах планет и экзосферах безатмосферных космических тел (Луна, Меркурий, Фобос, Деймос, Энцелад, астероиды, кометы) [15, 16].
Литература
[1] Попель С.И. Лекции по физике пылевой плазмы. – М.: МФТИ, 2012, 160 с.
[2] Popel S.I., Yu M.Y., Tsytovich V.N. Shock Waves in Plasmas Containing Variable-Charge Impurities // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. No. 12. P. 4313-4315.
[3] Попель С.И., Голубь А.П., Лосева Т.В. Пылевые ионно-звуковые ударно-волновые структуры: теория и лабораторные эксперименты // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 74. No. 7. С. 396-401; Popel S.I., Losseva T.V., Merlino R.L., Andreev S.N., Golub' A.P. Dissipative Processes and Dust Ion-Acoustic Shocks in a Q machine Device // Phys. Plasmas. 2005. V. 12. No. 5. P. 054501, 4 pages.
[4] Samsonov D., Zhdanov S.K., Quinn R.A., Popel S.I., Morfill G.E. Shock Melting of a Two-Dimensional Complex (Dusty) Plasma // Phys. Rev. Lett. 2004. V. 92. No. 25. P. 255004, 4 pages.
[5] Popel S.I., Golub' A.P., Losseva T.V., Ivlev A.V., Khrapak S.A., Morfill G. Weakly-Dissipative Dust-Ion-Acoustic Solitons // Phys. Rev. E. 2003. V. 67. No. 5. P. 056402, 5 pages.
[6] Popel S.I., Gisko A.A. Charged Dust and Shock Phenomena in the Solar System // Nonlinear Processes in Geophysics. 2006. V. 13. P. 223-229.
[7] Попель С.И. Генерация регулярных полей и модуляционное взаимодействие в природных и технологических плазменных системах. – М.: МФТИ, 2009, 308 с.
[8] S.V. Vladimirov, V.N. Tsytovich, S.I. Popel, F.Kh. Khakimov, Modulational Interactions in Plasmas, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht-Boston-London (1995), 539 p.
[9] Popel S.I., Vladimirov S.V., Tsytovich V.N. Theory of Modulational Interactions in Plasmas in the Presence of an External Magnetic Field // Physics Reports C. 1995. V. 259. No. 6. P. 327-405.
[10] Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Попель С.И. Формирование структур в запыленной атмосфере // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. С. 171-185.
[11] Резниченко Ю.С., Дубинский А.Ю., Попель С.И. К вопросу о формировании облаков в запыленной ионосфере Марса // Письма в ЖЭТФ. 2023. Т. 117. № 6. С. 420-427.
[12] Popel S.I., Zelenyi L.M., Golub' A.P., Dubinskii A.Yu. Lunar Dust and Dusty Plasmas: Recent Developments, Advances, and Unsolved Problems // Planet. Space Sci. 2018. V. 156. P. 71-84.
[13] Нано- и микромасштабные частицы в геофизических процессах, под ред. В.В. Адушкина и С.И. Попеля, М.: МФТИ, 2006, 134 с.
[14] Адушкин В.В., Перник Л.М., Попель С.И. Наночастицы в опытах по разрушению скальных пород взрывом // Доклады Академии наук. 2007. Т. 415. № 2. С. 247-250.
[15] Зеленый Л.М., Захаров А.В., Попель С.И., Кузнецов И.А., Розенфельд Е.В. Физические процессы формирования и особенности плазменно-пылевой экзосферы Луны // УФН. 2024. Т. 194. № 6. С. 569-599.
[16] Popel S.I., Golub' A.P., Zelenyi L.M. Dusty Plasmas above the Sunlit Surface of Mercury // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. No. 4. P. 043701, 9 pages.
[Назад к программе]
[Семинары - основная страница]
[Сектор теоретической астрофизики]
[ФТИ им. А.Ф.Иоффе]
Страница создана 18 марта 2025 г.