4.1. Исследование холловской магнитной гидродинамики в разреженной космической плазме

руководитель Урпин В. А., ФТИ РАН

 

1.  Фундаментальная научная проблема, на решение которой направлен проект:   

     Исследование холловской магнитной гидродинамики в разреженной космической плазме

 

2.  Конкретная фундаментальная задача (задачи) в рамках проблемы, на решение которой направлен проект:

      Магнитные поля в космической плазме обычно являются достаточносильными и способны замагничивать электроны. В таких условиях важную роль в процессах переноса играет эффект Холла,
обусловленный дрейфом электронов перпендикулярно электрическому и магнитному полю. Этот эффект важен в галактической и метагалактической плазме, в протозвездных и протопланетных дисках, в магнитосферах звезд, в звездном ветре и т.д. В рамках данного проекта мы рассмотрим ряд магнитогидродинамических явлений, обусловленных эффектом Холла. Прежде всего, будут рассмотрены различные МГД неустойчивости, которые возникают при наличии холловских токов. Космическая плазма характеризуется наличием сильных неоднородностей скорости, плотности и других характеристик плазмы, что может приводить к качественно новым неустойчивостям по сравнению с пабораторной плазмой. Такие неустойчивости могут развиваться, например, в протопланетных дисках, где эффект Холла играет важную роль в генерации турбулентности. Мы также рассмотрим свойства турбулентности, генерируемой под действием холловских неустойчивостей в неоднородной плазме. Эта проблема имеет фундаментальное значение как для космической, так и для лабораторной плазмы

 

3.  Предлагаемые методы и подходы:

     Основными методами исследования будут аналитическое и численное моделирование сложных магнитогидродинамических явлений в разреженной космической плазме. Совместно с сотрудниками ряда зарубежных институтов нами уже создан целый комплекс программ, позволяющих исследовать эволюцию магнитного поля и течений в различных условиях. Некоторые из этих программ являются наиболее разработанными из имеющихся на сегодняшний день в распоряжении астрофизических групп. Эти программы будут использованы при выполнении проекта наряду с вновь создаваемыми программами.

 

4.  Ожидаемые в конце 2012 года научные результаты:

    В течение 2012 года планируется выполнить следующие научные работы:

  •  Изучить неустойчивости неоднородных сдвиговых течений с учетом эффекта Холла и рассмотреть свойства турбулентности, генерируемой такими неустойчивостями;
  •  Рассмотреть неусточивости, обусловленные термомагнитными явлениями в космической плазме, в частности, холловской компонентой термоэдс.

 

5. Современное состояние исследований в данной области науки, сравнение ожидаемых результатов с мировым уровнем:

     Исследования устойчивости в холловской магнитной гидродинамике интенсивно ведутся уже в течение нескольких лет во многих научных центрах мира. Это связано с развитием вычислительной техники, что позволяет рассматривать все более сложные задачи. Поэтому предлагаемый проект является очень своевременным. По сравнению с уже ведущимися работами других групп наш подход позволяет учесть в расчетах ряд эффектов (стратификация, неоднородность скорости и т.д.), которые ранее учитывались только качественно и часто неверно (это показали уже наши первые расчеты, см. статью 2 в п.8). Проект будет выполняться в соавторстве с ведущими зарубежными учеными в этой области, что гарантирует его выполнение на мировом уровне. Кроме того, все основные результаты будут опубликованы в ведущих физических и астрофизических журналах (Astronomy and Astrophysics, Monthly Notices, Physical Review).

 

6.  Имеющийся у коллектива научный задел по предлагаемому проекту; полученные ранее результаты, разработанные методы и системы:

  У коллектива уже имеется значительный задел в данной области. Исследования магнитогидродинамической устойчивости проводились авторами проекта для космической плазмы в различных
астрофизических объектах, а также для лабораторных условий. Результаты этих исследований опубликованы в ведущих мировых научных журналах (см. статьи 1-5, перечисленные в пункте 7). Разработанные методы и программы для численных расчетов будут использоваться и в предлагаемом проекте.

 

7.  Список основных публикаций научного коллектива, наиболее близко относящихся к предлагаемому проекту:

  •  A.Bonanno, V.Urpin. “Hydromagnetic instability of differentially rotating flow”. Phys. Rev. E, 73, 6301 (2006)
  •  A.Bonanno, V.Urpin. “Non-axisymmetric instability of axisymmetric magnetic fields”. Astron. Astrophys., 488, 1 (2008)
  •  A.Bonanno, V.Urpin. “The magnetohydrodynamic instability of currentcarrying jets”. Astron. Astrophys., 525, 100 (2011)
  •  A.Bonanno, V.Urpin. “Resonance instability of axially symmetric magnetostatic equilibria”. Phys. Rev. E, 84, 6310 (2011)
  •  V.Urpin, D.Shalybkov. “The Hall effect and oscillatory decay of the magnetic field ”. Journ. Tech. Phys. , 45, 147 (2000)

 

8.  Список основных публикаций руководителя проекта в рецензируемых журналах:

  •  V.Urpin. “Magnetohydrodynamic waves in the pulsar magnetosphere” Astron. Astrophys., 535, L5 (2011)
  •  V.Urpin, G.Ruediger. “The stability of magnetized protostellar disks with the Hall effect and buoyancy”. Astron. Astrophys.,437, 23 (2005)
  •  V.Urpin. “Generation of the magnetic field in jets”. Astron.Astrophys., 455, 779 (2006)