4.2.Исследование электродинамики формирования заряда тела в космической плазме

руководитель   Красовский В.Л., ИКИ РАН

 

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

     Исследование электродинамики формирования заряда тела в космической плазме

 

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

      Определение электрического потенциала тела сферической формы, поглощающего заряженные частицы, и пространственно-временных зависимостей возмущенных параметров бесстолкновительной плазмы на основе кинетической теории

 

3.  Предлагаемые методы и подходы:

     Решение класса задач, описывающих нестационарные явления, сопровождающие формирование заряда тела, методами численного моделирования. Определение общих закономерностей в рассматриваемой физической системе, находящейся в состоянии равновесия, и общих взаимосвязей физических величин путем аналитических расчетов. 

 

4.  Ожидаемые в конце 2012 года научные результаты:

     Поставленная задача будет решена для двух наиболее важных (эталонных) типов невозмущенных функций распределения заряженных частиц – максвелловского и моноэнергетического. Аналитические расчеты и программное обеспечение для численного моделирования будут унифицированы для устойчивых равновесных функций распределения произвольного типа

 

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

     Сформулированная задача о заряде тела, поглощающем частицы плазмы, относится к разряду классических задач общей физики, до сих пор ожидающих своего решения, несмотря на обилие публикаций по данной тематике. Начало исследований в этой области положили широко известные пионерские работы Ленгмюра, Бома, Бархопа и Месси по теории электрического зонда. Новый импульс эти исследования получили в последние десятилетия в связи с изучением пылевой плазмы. Следует признать, однако, что несмотря на успехи, достигнутые в понимании физики протекающих процессов, вплоть до настоящего времени не существует универсального метода определения заряда пылевой частицы. Наиболее последовательные методы решения задач подобного типа продемонстрированы Гуревичем. Хотя работы Гуревича (как и известная монография, написанная в соавторстве с Альпертом и Питаевским) опубликованы почти полвека назад, вряд ли можно говорить о сколько-нибудь существенном прогрессе в дальнейшем развитии теории электрического зонда и определения заряда пылевой частицы в бесстолкновительной плазме. Таким образом, мировой уровень явно отстает от существующих возможностей завершения данной теории, в то время как перспективные пути ее развития при внимательном чтении можно обнаружить в уже отмеченных работах Гуревича. В рамках проекта планируется развить универсальные аналитические и численные методы точного определения заряда сферического тела в бесстолкновительной плазме во всем диапазоне параметров физической системы.   

 

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

  •   В настоящее время уже продемонстрирована возможность решения нестационарных задач, рассматриваемого класса методами численного моделирования (не опубликовано), что убеждает в эффективности предлагаемого подхода к их решению.
  •   Имеется программное обеспечение для более надежного и эффективного численного моделирования физических процессов в бесстолкновительной плазме.
  •   Основные результаты аналитического описания равновесных состояний рассматриваемой физической системы уже получены (не опубликованы).

 

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

  •    V. L. Krasovsky, H. Matsumoto, Y. Omura. Approximate invariant of electron motion in the field of a whistler propagating along the geomagnetic field.. Geophys. Res. Lett. 29, 10.1029 (2002).  
  •    V. L. Krasovsky, H. Matsumoto, Y. Omura. Condition for charged particle  trapping in a three-dimensional electrostatic potential well. Physica Scripta, 74,  227 (2006).
  •    Zelenyi L.M., Dolgonosov M.S., Bykov A.A., Popov V.Yu., and Malova H.V, Influence of trapped plasma on the structure of collisionless thin current sheets. Space Research, 40, 385 (2002).
  •    Zelenyi, L. M., Dolgonosov, M. S., Peroomian, V., Ashour-Abdalla, M. Effects of nonlinearity on the structure of PSBL beamlets. Geophys. Res. Lett, 33, L18103, doi: 10.1029/2006GL026176 (2006).

 

8.  Список основных публикаций руководителя проекта в рецензируемых журналах:

  •     В. Л. Красовский. Адиабатическое взаимодействие волна-частица в слабонеоднородной плазме. ЖЭТФ, 107, 741 (1995).
  •     V. L. Krasovsky, H. Matsumoto, Y. Omura. Effect of trapped particle deficit and structure of localized electrostatic perturbations of different dimensionality. J. Geophys. Res. 109, A04217 (2004). 
  •     V. L. Krasovsky, H. Matsumoto, Y. Omura. Electrostatic solitary waves as collective charges in a magnetospheric plasma: Physical structure and properties of Bernstein-Greene Kruskal (BGK) solitons. J. Geophys. Res. 108, 1117 (2003).