трусики женские украина

На головну

 Вплив магнітного поля - Астрономія

Магнітне поле в кільцевому шихтованний осерді з анізотропними властивостями

Сучасну електроенергетику відрізняють різноманітністю конструктивних виконань і режимів роботи силових електротехнічних пристроїв (СЕУ), високі питомі навантаження всіх елементів останніх, використання для феромагнітних шихтованних сердечників (ШС) кращих марок холоднокатаних листових електротехнічних сталей (ЛЕС) з властивою їм анізотропією магнітних властивостей (АМС) [ 1]. У цих умовах застосування традиційних методик електромагнітних розрахунків стає скрутним через появу додаткових похибок, обумовлених НЕ урахуванням фактичного характеру розподілу вектора магнітної індукції анизотропном муздрамтеатрі. Постійне прагнення до оптимізації конструктивних рішень, розширення можливих режимів роботи роблять необхідним залучення до розрахунку апарату електромагнітного поля [2, 3].

Як показують наукові дослідження, стримуючим фактором застосування прогресивних методик стає відсутність необхідного набору довідкової інформації на магнітні властивості електротехнічних сталей і зокрема векторних характеристик намагнічування [4], де- вектор напруженості магнітного поля (МП).

Для обгрунтування необхідності врахування векторного характеру магнітної анізотропії використовуємо метод математичного моделювання на прикладі ШС кільцевої форми, де вплив стиків виключено, а магнітна анізотропія проявляється в найбільш явній формі.

Для визначення магнітного поля в кільцевому анизотропном ШС вирішуємо крайову задачу при заданому магнітному потоці, відповідному амплітуді перемагничивания, в циліндричній системі коордінатотносітельно векторного магнітного потенціалу. Остаточне розрахункове диференціальне рівняння в приватних похідних має вигляд:

 (1)

де; - нелінійні питомі магнітні опору визначаються через відповідні проекціііна осі x і y, що збігаються з осями магнітної анізотропії, відповідно, j = 0 і 90о. Символ z при векторному потенціалі опущений.

Рівняння (1) є нелінійним і аналітичного рішення не має. Рішення останнього може бути отримано одним з відомих чисельних методів.

Рис. 1. Принцип вимірювання напруженості магнітного поля в різних точках по радіальної координаті кільцевого сердечника.

На основі чисельного методу кінцевих різниць проводиться розрахунок магнітного поля кільцевого ШС у функції відносини радіусів r, ступеня АМС До [4], і амплітуди середньої по перетину магнітної індукції Вмср. При моделюванні варіювалося відношення радіусів r, ступінь АМС До і рівень насичення характеристики намагнічування. Результати моделювання показали, що зі зростанням До істотно зростає неоднорідність МП в області кільцевого сердечника, де напрямки вектора безпосередньо прилягають до осі легкого намагнічування ЛЕС, причому характер розподілу якісно відрізняється від випадку К = 1 (изотропного матеріалу). Збільшення посилює цю неоднорідність МП в осерді. При значних насичення, остання наближається до розподілу в ізотропному кільцевому сердечнику.

Рис. 2. Залежності В * (r) в кільцевому сердечнику зі сталі 2412, в кутових положеннях j = 0 і 90oв ненасичених режимах (Вмср ? 0,8 Тл). Rві Rн- внутрішній і зовнішній радіуси; В * = Вм / Вмср- відносне значення магнітної індукції.

При моделюванні МП в кільцевому ШС приймається ряд припущень, які могли вплинути на точність розрахунку. Для математичної моделі і обгрунтування правомірності прийнятих припущень проведені спеціальні експериментальні дослідження на кільцевих ШС, виготовлених з холоднокатаних ЛЕС 3413 і 2142 з різними рівнями магнітної анізотропії.

З одного рулону кожної стали були виготовлені і спільно піддані відновлювального відпалу у прохідній печі пакети стандартних смугових зразків (для різних напрямків намагнічування) і кільцевих сердечників. Смугові зразки для отримання необхідної для розрахунків вихідної інформації про магнітні властивості матеріалу вирубувалися під кутами до напрямку прокатки a = 20о, 30о, 55о, 75Про, 90оі уздовж НП (a = 0). Кільцеві сердечники зі ставленням радіусів r = 2,1, мали діаметри, відповідно Дн = 231,2 мм, Двн = 110 мм (рис.1). Очікувалося, що велика r призведе до значного перерозподілу МП за висотою спинки сердечника, а розмір ширини спинки 60,6 мм забезпечить достатню роздільну здатність у визначенні виміру магнітної індукції по радіальної координаті.

Рис. 3. Залежності В * (r) в кільцевому сердечнику зі сталі 3413, в кутових положеннях j = 0 і 90oв ненасичених режимах (Вмср ? 0,8 Тл). Rві Rн- внутрішній і зовнішній радіуси; В * = Вм / Вмср- відносне значення магнітної індукції.

Для виключення впливу механічних напруги сердечники збиралися без стягивающих зусиль. При цьому також контролювався узгоджений спосіб шихтовки окремих кілець. Щоб при локальних вимірах результати гарантували достовірність, якісь не було свердління пакета виключалися. Для доступу до бічної поверхні пакет збирався з двох полупакетов з повітряним проміжком, де можна було б розмістити датчик-зонд напруженості МП. У кутових положеннях сердечника j = 0 і j = 90о, збігаються з осями магнітної анізотропії матеріалу, були передбачені радіальні канали, що дозволяють пересувати датчик напруженості вздовж радіальної координати і здійснювати вимірювання дотичній складової напруженості Нjмпрі різних значеннях амплітуди середньої по перетину магнітної індукції (рис. 1 ). Оскільки з результатів математичного моделювання МП анізотропного ШС відомо, що на осях магнітної анізотропії радіальні складові векторовіотсутствуют, по виміряним значенням Нjмі кривої намагнічування можна визначити відповідні значення Bjм. Таким чином, встановлювався характер розподілу Bмпо радіусу при різних насичених сердечника. Всі вимірювання проводилися при синусоїдальній магнітному потоці на частоті f = 50 Гц.

На рис. 2 і 3 представлені залежності магнітної індукції (у відносній формі) від радіальної координати в кутових положеннях, відповідних осях магнітної анізотропії (j = 0 і 90о) для обох марок сталей - 3413 (К = 7) і 2412 (К = 1,6) . Зазначені криві характерні для ненасичених режимів роботи. На цьому ж малюнку точками відзначені результати вимірювань, які підтверджують хорошу збіжність з розрахунком.

Таким чином, в результаті моделювання МП кільцевого ШС встановлено необхідність використання при розрахунках векторних характеристик намагнічування, що особливо важливо для текстурованих сталей з великими К. Визначальний вплив на характер МП надають кутові характеристики магнітної анізотропії y (В, a) [4]. Використання при розрахунках МП одних тільки довідкових характеристик Нa (В, a), тобто за умови y = 0 (де Нa- проекція векторана вектор) призводить до такого ж розподілу МП при математичному моделюванні, як і у випадку відсутності анізотропії (К = 1 ). Слід зауважити, що для інших випадків використання текстурованих ЛЕС в ШС СЕУ анізотропія буде накладати умови на робочі характеристики магнітопроводів, і це необхідно враховувати ці поля.

Магнітне поле Землі

Механізм виникнення, пропозиції щодо його експериментальної перевірки та використанню

Існує ряд гіпотез, що пояснюють виникнення магнітного поля Землі. Останнім часом одержала розвиток теорія, що зв'язує виникнення магнітного поля Землі з протіканням струмів в рідкому металевому ядрі. Підраховано, що зона, в якій діє механізм «магнітне динамо» знаходиться на відстані 0,25 ... 0,3 радіуса Землі [1].

Слід зауважити, що гіпотези, що пояснюють механізм виникнення магнітного поля планет, досить суперечливі і до теперішнього часу експериментально не підтверджені.

Що стосується магнітного поля Землі, то достовірно встановлено, що воно чутливо реагує на сонячну активність. У той же час спалах на Сонці не може зробити помітного впливу на ядро ??Землі. З іншого боку, якщо пов'язувати виникнення магнітного поля планет з струмовими шарами в рідкому ядрі, то можна зробити висновок, що планети сонячної системи, що мають однаковий напрямок обертання, повинні мати однаковий напрямок магнітних полів. Так Юпітер, обертається навколо своєї осі в ту ж сторону що і Земля, має магнітне поле спрямоване протилежно земному.

Пропонується нова гіпотеза про механізм виникнення магнітного поля Землі і установка для експериментальної перевірки.

На рис. 1 зображена схема Сонце-Земля. Земля (З) обертається навколо своєї осі NS з кутовий швидкістю?. Земля має магнітне поле, північний полюс якого знаходиться на південному географічному полюсі. Щоб отримати магнітне поле такого напрямку, навколо земної кулі, в площині перпендикулярній осі обертання Землі, повинен існувати стійкий струмовий шар зі струмом IЗ. Назвемо його струмом Землі. Отже, над поверхнею Землі повинен існувати провідний шар, по якому повинен замикатися струм IЗ. Такий шар існує - це іоносфера.

Розглянемо яким чином може вознікануть спрямований струм IЗ в іоносфері. Сонце, в результаті ядерних реакцій протікають у ньому, випромінює в навколишній простір величезну кількість заряджених частинок високих енергій (енергія частинок сонячного вітру? 1027 ... 1029 ерг / с) - так званий сонячний вітер. За складом сонячний вітер містить, головним чином, протони, електрони, трохи ядер гелію, іонів кисню, кремнію, сірки, заліза [1]. Частинки утворюють сонячний вітер, що володіють масою і зарядом, захоплюються верхніми шарами атмосфери в бік обертання Землі. Таким чином, навколо Землі утворюється спрямований потік електронів, що рухаються в бік обертання Землі. Електрон - це заряджена частинка, а спрямований рух заряджених частинок є не що інше, як електричний струм. За напрямок струму прийнято напрямок протилежне руху електронів, яке збігається з напрямком струму IЗ. Таким чином, існує струм IЗ, викликаний спрямованим круговим рухом часток сонячного вітру, захоплюємося круговим рухом Землі. В результаті наявності струму IЗ збуджується магнітне поле Землі ФЗ.

Відносно Землі сонячний вітер являє собою потік заряджених частинок постійного напрямку, а це не що інше, як електричний струм. Назвемо його струмом Сонця IС. Згідно з визначенням напряму струму він направлений в сторону, протилежну руху негативно заряджених частинок, тобто від Землі до Сонця.

Розглянемо взаємодію струму Сонця IС з збудженою магнітним полем землі. У результаті такої взаємодії на Землю діє крутний момент МОЗ, спрямований у бік обертання Землі. Таким чином, Земля щодо сонячного вітру (IС) проявляє себе аналогічно двигуну постійного струму з самозбудженням. Джерелом енергії (генератором) в даному випадку є Сонце.

Слід зазначити додатково, що магнітний потік, викликаний струмом сонячного вітру IС, пронизує обертається разом із Землею потік розжареної лави всередині неї. У результаті взаємодії поля IС і потоку розжареної лави в ній наводиться електрорушійна сила, під дією якої тече струм, який так само створює магнітне поле. Внаслідок цього магнітне поле Землі є результуючим полем від взаємодії струму IС і струму лави.

Оскільки і магнітне поле, і поводить момент, діючий на землю, залежать від струму Сонця, а останній від ступеня сонячної активності, то при збільшенні сонячної активності повинен збільшуватися поводить момент, діючий на Землю і збільшуватися швидкість її обертання.

Реально існуюча картина магнітного поля Землі залежить не тільки від конфігурації токового шару, але і від магнітних властивостей земної кори, а так само від відносного розташування магнітних аномалій. Тут можна провести аналогію з контуром зі струмом при наявності феромагнітного сердечника і без нього. Відомо, що феромагнітний сердечник не тільки змінює конфігурацію магнітного поля, а й значно посилює його.

Струмовий шар Землі постійно підживлюється електронами сонячного вітру. Таким чином, в результаті наявності вільного токового шару, обумовленого електронами сонячного вітру, земна куля разом з атмосферою і іоносферою, в даний час повинен мати негативний некомпенсований заряд.

Струмовий шар Землі, в значній мірі, визначає протікання електричних процесів в атмосфері (грози, полярні сяйва, вогні «святого Ельма»). Помічено, що при виверженні вулканів значно активізуються електричні процеси в атмосфері. Дане явище можна пояснити наступним. При виверженні вулкана викидається стовп розпечених газів (плазми). Конвективний рух розпечених газів замикає струмовий шар іоносфери з поверхнею Землі. Таким чином, з'являється струм витоку, який активізує електричні процеси при виверженнях.

Запропонована гіпотеза, на противагу теорії струмових шарів в рідкому ядрі, може бути перевірена на практиці. Підтвердження запропонованої гіпотези дозволить уточнити й розширити наші знання про механізм магнітного поля Землі та інших планет, дозволить пояснити природу сил і моментів, що підтримують обертання Землі навколо своєї осі.

Рис. 2. Схема експериментальної установки:

Iз - струмовий шар землі Землі;

Ік - струм в штучному паралельному контурі;

ПЗ - поверхня Землі;

ДЛЕ - довга лінія електропередачі;

СК - з'єднувач кінців лінії з струмовим шаром;

ІП - вимірювальний прилад.

Для експериментальної перевірки гіпотези пропонується створити штучний контур, розташований паралельно токовому шару Землі (рис. 2). В якості паралельного контуру можна використовувати довгу лінію електропередачі, що йде, переважно, в напрямку схід-захід. Кінці довгої лінії повинні бути з'єднані або наближені до токовому шару Землі. Як з'єднувачів передбачається використовувати стовп плазми, наприклад, струмінь газів реактивного двигуна або повітряні кулі, з'єднані провідником з кінцями довгої лінії.

Таким чином, передбачається зареєструвати вимірювальним приладом величину і напрямок струму в штучному паралельному контурі.

Практичне підтвердження висловлених припущень дозволить пояснити взаємозв'язок електромагнітних процесів у системі Сонце-Земля і забезпечить можливість розробки потужних енергетичних установок використовують енергію Сонця.

Якби довелося створювати енциклопедію рекордів, то нейтронні зірки увійшли б до неї як володарі найпотужніших магнітних полів у Всесвіті. За цим параметром вони перевершили можливості кращих фізичних лабораторій, в яких поки отримані поля, не великі 10 Гс. Нейтронним зіркам поступаються білі карлики (10 "Гс), з ними не можуть змагатися навіть чорні діри зоряних мас, поблизу яких напруженість магнітного поля не перевищує 10'| Гс.

У сучасній літературі як характерною напруженості магнітного поля на поверхні нейтронних зірок зазвичай призводять величину 10 '^ Гс. Цифра значна; кубічний сантиметр порожнечі, що містить таке поле, важив би на Землі 40 г! Мимоволі згадується? Пустишка| Редрік Шухарта, яку насилу піднімали дві людини '. Але поля напруженістю 10 '^ Гс для нейтронних зірок, мабуть, не рекорд. В останні роки з'явилися дані, що свідчать на користь існування нейтронних зірок, на поверхні яких магнітне поле в сотні разів потужніша. В таких полях решаю-

'С т руга ц кі А. і Б. Пікнік на узбіччі.? Аврора, 1972, | 7, с. 29.

щую роль починають грати квантово-релятивістські ефекти.

Існування таких сильних полів ставить цілий ряд нових завдань як для астрофізики, так і для фізики.

ЧОМУ У нейтронної зірки ПОВИННІ БУТИ СИЛЬНІ МАГНІТНІ ПОЛЯ?

Відповідь звучить незвично: з тієї ж причини, по якій магнітні поля нейтронних зірок повинні бути дуже слабкими.

Нейтронні зірки утворюються в результаті катастрофічного стиснення (колапсу) звичайних зірок, що вичерпали джерела термоядерної енергії. Зоряне речовина являє собою розпечену плазму з високою електропровідністю, У такій плазмі силові лінії магнітного поля? Пріклеени| до частинок, т. Е. Рухаються разом з плазмою (це називається "вмороженностью| магнітного поля). При стисненні зірки загальне число силових ліній, які пронизують зірку (потік магнітного поля), зберігається. Отже, при стисненні збільшується число силових ліній, що припадає на одиницю площі перетину зірки, т. е. зростає напруженість магнітного поля. Очевидно, напруженість поля наростає обернено пропорційно

Рекордсмени магнітних полів

квадрату радіуса зірки. У цьому сенсі магнітне поле при стисненні збільшується.

Однак якщо ми будемо вимірювати напруженість магнітного поля на деякій відстані від сжимающейся зірки, то виявимо зменшення поля. Це легко зрозуміти, якщо згадати, що напруженість поля на деякій відстані від системи струмів прямо пропорційна її магнітному дипольному моменту, який в даному випадку є твір магнітного потоку, що пронизує зірку, на її радіус (для простоти обчислень приймемо його рівним 7 км). Очевидно, при такому стискуванні магнітне поле на поверхні посилиться в 10 млрд раз (попутно відзначимо, що дипольний момент зменшиться в 100 тис. Разів, а квадрупольний? В 10 млрд раз). Так як на поверхні Сонця середня напруженість поля дорівнює-1 Гс, то для утворилася нейтронної зірки це поле буде одно 10| Гс.

Отримана оцінка? вельми наближена, хоча б вже тому, що з зірки типу Сонця нейтронної зірки не? сдела-

Зміна магнітного поля при колапсі зірки. Початковий радіус зірки До;), кінцевий? К. Поле на поверхні зірки зростає від величини Під до величини В (нейтронна зірка). В деякій пробної точці А, віддаленій на відстань Кд, напруженість поля, навпаки, падає від величини У ^ до величини Вд.

зберіганням потоку дипольний момент зірки зменшується прямо пропорційно її радіусу. Отже, нейтронна зірка повинна мати дуже малим магнітним ді-польним моментом!

Поширивши наведені міркування на більш високі мультипольні моменти магнітного поля, ми легко отримаємо витончений результат: колапс зірки? Очіщает| її магнітне поле; так як більш високі мультиполя зірки пропорційні більш високих ступенів її радіуса, при стисненні вони зникають ще швидше, ніж дипольний момент. Колапс зірки є ніби? Чістіліщем| для її магнітного поля. Ця властивість колапсу виправдовує традиційне припущення про чисто дипольному характері магнітного поля нейтронних зірок.

Але повернемося до магнітних полів біля поверхні. Використовуючи умову? ВМОРО-женності|, можна оцінити величину магнітного поля нейтронних зірок. Стиснемо подумки Сонце, радіус якого дорівнює 700 тис. Км, до розміру нейтронної зірки

Уповільнення швидкості обертання радиопульсара Р5К 0833. Спостерігаються? Збої періода|, один з яких зображений на малюнку. Збої носять спорадичний характер і не можуть компенсувати середнього монотонного збільшення періоду пульсара (за даними П. Рейчл і Г. Даунса, 1969).

ешь|? потрібні більш масивні зірки. І ..все-таки ця оцінка дає правильне уявлення про порядок величини магнітного поля.

МАГНІТНІ ПОЛЯ радіопульсар

Перші дані про магнітних полях нейтронних зірок були отримані відразу після відкриття радіопульсаров в 1967 р Імпульси радіовипромінювання від пульсарів приходять на Землю строго періодично. Але це вірно лише в першому наближенні. Чудова властивість всіх радіоПульса-рів полягає в тому, що проміжки між часом приходу імпульсів повільно 'зростають. Ця властивість? ключове для розгадки природи їх енерговиділення.

Виникнення магнітодіпольного випромінювання. Магніт, що обертається навколо осі ^, яка не співпадає з його магнітної віссю у .. випромінює електромагнітні хвилі на частоті обертання ш. В результаті магніт буде гальмуватися ^ як якщо б до нього було додано гальмуючий момент сил. Гальмування повністю визначається магнітним дипольним моментом а, частотою о) і кутом в.

щийся магніт, вісь обертання якого не збігається з його магнітної віссю. З електродинаміки відомо, що такий магніт буде випромінювати електромагнітні хвилі на частоті обертання (магнітодіпольное випромінювання). При цьому зменшення швидкості обертання повністю визначається магнітним дипольним моментом (точніше, його проекцією на екватор обертання), частотою обертання магніту і його моментом інерції. Якщо ми знаємо момент інерції і швидкість обертання магніту, то, вимірявши уповільнення обертання, ми зможемо визначити проекцію його дипольного магнітного моменту на екватор.

Цей метод був вперше застосований для оцінки магнітного поля нейтронної

В. М. Ліпунов

зірки. Звичайно, пульсар заміниш звичайним магнітом, навіть дуже великим. Процеси, що протікають в магнітному полі радиопульсара, значно складніше простого випромінювання магнітодіпольних хвиль. Однак більшість моделей радіопульсаров дають енергетичні втрати, близькі до магнітодіпольним.

Зараз знайдено більше 300 радіопульсаров, і для більшості з них відомі зміни періоду. Якщо ми поставимо собі деякими розумними значеннями моменту інерції зірки (зазвичай 10 ^ г - см ^)

Розподіл числа радіопульсаров за величиною їх магнітного поля. Величина магнітного поля оцінюється з уповільнення радиопульсара за допомогою магнітодіпольной формули. Радіус нейтронної зірки приймається рівним 10 км, а момент інерції? 10 "м см. (Розподіл побудовано за даними каталогу Р. Манчестера і Дж. Тейлора, 1981)

і її радіуса (10 км), ми отримаємо більше 300 значень величини магнітного поля у нейтронних зірок: від 10 ^ до 10 ^ Гс, причому більшість радіопульсаров мають поля порядку 10 ^ Гс.

Як бачимо, отримані результати і близькі, і далекі від очікуваних. Близькі, оскільки груба оцінка дає схожий порядок величини. А далекі, бо не так-то просто стисненням отримати напруженість магнітного поля близько 10 '^ Гс, а тим більше 10 ^ Гс. Наприклад, якщо є зірка сонячних розмірів, то необхідно припустити, що її полі має становити вже не один, а 100 або 1000 Гс. Можливо, однак, що таке не підкріплене спостереженнями припущення і не знадобиться. Враховуючи сильну залежність кінцевого поля сколлапсировала зірки від її радіуса, можна? Спісать| труднощі на цей рахунок. От якби раптом були виявлені поля 10 '^? 10' ^ Гс, тоді, дійсно, довелося б? Бити в колокола|.

Отже, дані щодо уповільнення радіопульсаров говорять про те, що характерна величина їх магнітного поля? 10 ^ Гс. Цей висновок виявився в прекрасному згоді з відкриттям західнонімецьких астрофізиків під керівництвом І. Трюмпера (Інститут фізики і астрофізики ім. М. Планка).

? СПЕКТРОСКОПІЯ| рентгенівськимипульсарами

У 1971 р були відкриті рентгенівські пульсари. Вже перші спостереження показали, що вони принципово відрізняються від радіопульсаров: рентгенівські пульсари не уповільнює, а прискорюються! З чим пов'язано таке разючу відмінність в їх поведінці? Чим взагалі визначається поведінка нейтронної зірки? Виявилося, що радіо- і рентгенівські пульсари генетично пов'язані, вся справа лише в тому, що умови, в яких вони знаходяться, абсолютно різні: радіопульсари? це поодинокі нейтронні зірки, а рентгенівські пульсари? нейтронні зірки в подвійних системах.

Рентгенівські пульсари світяться через те, що на поверхню нейтронної зірки падає (аккрецируют) речовина, захоплене їх гравітаційним полем. Постачає їм ця речовина звичайна зірка? другий компонент подвійної системи. Речовина, стекающее з звичайної зірки, бере участь разом з нею в орбітальному обертанні і, отже, має обертальним моментом щодо нейтронної зірки. Перш ніж впасти на її поверхню, речовина через магнітне поле віддає свій момент нейтронної зірки, закручуючи її. Саме тому рентгенівські пульсари прискорюються.

Поблизу нейтронної зірки речовина? Вморажівается| в силові лінії, стікаючи на магнітні полюси. На магнітних полюсах при ударі об тверду поверхню нейтронної зірки і виникає рентгенівське випромінювання пульсара. Температура в цих місцях настільки велика (ГО ^ К), що всі атоми повністю ионизована, і, отже, жорстка частина спектру випромінювання пульсара (більше 10 кеВ) не повинна містити ніяких ліній.

І все-таки лінії в рентгенівському спектрі можуть бути. На це вперше ука-

ниє лінії, що утворюються в магнітному полі, називають циклотрон.

У 1976 р група вчених з Інституту фізики і астрофізики ім. М. Планка (ФРН) виявила за допомогою рентгенівського детектора, піднятого на повітряній кулі, циклотрон лінію: в спектрі рентгенівського пульсара Геркулес Х-1 в районі 30? 50 кеВ вони знайшли спектральную деталь, схожу на лінію ^ На жаль, до цих пір не вдалося точно встановити, яка це лінія? випромінювання або поглинання. Якщо поглинання, то енергія лінії? 30 кеВ, якщо випромінювання? 50 кеВ. Але поки це і не так важливо. Важливо інше. Ми маємо справу саме з циклотронної лінією (а ніяких більш розумних припущень висловлено не було). Звідси випливає, що в районі полюсів нейтронна зірка Геркулес Х-1 має поле напруженістю (3? 5) - 10 ^ Гс. Цю оцінку не може сильно змінити невелика невизначеність, яка виникає через гравітаційного червоного зсуву; на поверхні нейтронних зірок воно досягає декількох десятків відсотків.

Вражає збіг отриманої величини з характерною величиною, знайденою з абсолютно інших міркувань для радіопульсаров.

НОВІ ПИТАННЯ

Здавалося б, тепер в руках астрономів є надійний метод? метод? спектроскопіческого| вимірювання напруженості магнітного поля. Залишилося тільки знайти циклотронні лінії у інших рентгенівських пульсарів, і проблема вирішена. Але в тому-то й річ, що у більшості рентгенівських пульсарів такі лінії взагалі відсутні, а знайдені сліди лінії у ще двох-трьох пульсарів знаходяться на рівні шуму. Нагадаємо, що більшість рентгенівських пульсарів випромінює в діапазоні від декількох кеВ до декількох десятків кеВ, з максимумом поблизу 10? 20 кеВ. В цей діапазон могли б потрапити лінії, відповідні напруженості магнітного поля від декількох одиниць на

10 "Гс до (7? 8) .10 ^ Гс. Саме такі значення магнітних полів, отримані за спостереженнями радіопульсаров, найбільш? Популярни| і у нейтронних зірок. Як же пояснити відсутність циклотронних ліній у спектрах більшості рентгенівських пульсарів?

'Тгітрег). е1 а1. А ^ горЬу|. .1. Тє ^., 1978, v. 219, ^. 105.

Можна припустити, що або умови виникнення циклотронних ліній настільки специфічні, що їм задовольняє лише одна нейтронна зірка? Геркулес Х-1, або більшість рентгенівських пульсарів мають магнітні поля, напруженості яких значно відрізняються від величини 10 ^ Гс, наприклад 10'| Гс або 10 '^ Гс. Перше припущення повністю виключити не можна. Мабуть, воно має лише одне слабке місце: адже пульсар Геркулес Х-1 нічим не виділений серед інших пульсарів. Друге пояснення також вельми ризиковано. Нехай, наприклад, рентгенівські пульсари мають невеликі поля (10 '"Гс). Тоді незрозуміло, чому серед радіопульсаров так мало зірок з полем 10'" Гс. Є і інше, як мені здається,? Убійственное| для цієї гіпотези заперечення. Справа в тому, що більшість рентгенівських пульсарів входить до складу масивних подвійних систем, час життя яких дуже мало з астрономічної точки зору: 10 ^? 10 ^ млн років. Нейтронна зірка, що володіє полем 10'| Гс, за цей час просто не встигає уповільнити своє обертання до періодів в сотні секунд (а саме такі періоди характерні для рентгенівських пульсарів).

Здається, що так само легко можна? Расправіться| і з припущенням про аномально сильних магнітних полях у рентгенівських пульсарів (10 '"* Гс). Адже такі значення повністю суперечать спостереженнями радіопульсаров? Серед них немає жодного з настільки гігантським полем.

Але це заперечення, як вперше помітив радянський астрофізик Н. І. Шакура ^ абсолютно необгрунтовано. Справа в тому, що ми і не повинні бачити радіопульсари з такими великими полями. Час життя радиопульсара обернено пропорційно швидкості його уповільнення, т. Е. Обернено пропорційно квадрату поля пульсара. Наприклад, радіопульсар з полем 10 Гс? Жівет| в 10 тис. Разів менше, ніж пульсар з полем 10 '^ Гс! Ймовірність побачити такий пульсар серед відомих 300? 400 радіопульсаров менше 3%. Таким чином, при спостереженні радіопульсаров з їх числа випадають нейтронні зірки з дуже великими полями. В астрономії це називається ефектом селекції.

МАГНІТНІ ПОЛЯ рентгенівськимипульсарами

Світність рентгенівського пульсара визначається кількістю речовини, що падає на поверхню нейтронної зірки в одиницю часу (т. Е. Темпом ак-Крецу), і жодним чином не залежить 'від швидкості її обертання. Важливо тільки, щоб нейтронна зірка оберталася не надто швидко, інакше магнітне поле буде перешкоджати акреції. Швидкість уповільнення обертання пропорційна магнітному полю зірки, тому чим більше поле зірки, тим більша ймовірність застати її на стадії рентгенівського пульсара. Отже, для рентгенівських пульсарів характерна селекція цілком зворотного властивості? серед них нейтронні зірки з великими полями повинні зустрічатися частіше!

В даний час накопичений величезний спостережний матеріал про різні характеристики рентгенівських пульсарів: їх світності, спектрах, масах, періодах, змінах періодів і т. Д. Яку спостережну величину найкраще використовувати для визначення магнітного поля? Найбільш чутливими до магнітного поля виявилися період обертання рентгенівського пульсара, а також швидкість зміни цього періоду.

Рентгенівські пульсари, на відміну від радіопульсаров, можуть як прискорюватися, так і сповільнюватися. Магнітосфера рентгенівського пульсара влаштована так, що з боку аккрецируют речовини одночасно прикладені прискорюють і сповільнюють моменти сил ". Мабуть, навколо більшості рентгенівських пульсарів є аккреційному диски. Це пов'язано з тим, що, стікаючи з звичайної зірки, речовина має настільки великим обертальним моментом , що не може впасти НЕ нейтронну зірку, а утворює навколо неї аккреційний диск. Окремі елементи речовини рухаються в диску по сильно закрученої спіралі, поступово наближаючись до нейтронної зірки. Однак на деякій відстані (близько кількох тисяч кілометрів) магнітне поле нейтронної зірки зростає настільки, що руйнує диск ^. Речовина, проникаючи в маг-

'1-1ріпоу V. М.? А8 <горЬу5. апс1 5расе 5с1., 1982. v. 82, р. 343.

^ Ліпунов В, М. Магнітосфера рентгенівських пульсарів.? Природа, 1980, | 10, с, 52,

Аккреция речовини в подвійній системі з утворенням диска навколо нейтронної зірки. Внизу? залежність величини прискорення (Р) і уповільнення обертання (Рд) рентгенівського пульсара від його параметрів? періоду Р і світності ^ (в одиницях 10 "|рг / с). Точки? спостережні дані для ряду рентгенівських пульсарів, отримані з борту космічних апаратів. Лінії? теоретичні криві для різних величин напруженості магнітного поля (вказані цифрами, в гаусах) на поверхні нейтронної зірки. Радіус нейтронної зірки приймається рівним 10 км. Заборонена область знаходиться вище прямої, відповідної максимально можливого прискорення нейтронної зірки. На нижньому графіку експериментальні точки позначені стрілками, щоб показати невизначеність в експериментальних даних. Пунктирні лінії відповідають вимкненому стані пульсара, коли радіус диска стає більше радіусу коротаціі (див. попередній рис.).

ля обертаються швидше речовини і, отже,? зацепляясь| за нього, гальмують обертання нейтронної зірки.

Точно розрахувати прискорюють і сповільнюють моменти сил дуже важко. Для цього потрібно вирішувати тривимірну маг-нітогідродінаміческую задачу, що поки не під силу навіть самим швидкодіючим ЕОМ. Проте якісно ясно, що уповільнення обертання нейтронної зірки повинно найсильнішим чином залежати від величини її магнітного поля, точніше, від її магнітного дипольного моменту. Ця властивість присутня у наближеній аналітичної теорії, побудованої автором ^, і саме воно ^ дозволяє оцінити магнітне поле рентгенівського пульсара. Перш за все потрібно було перевірити цю теорію для пульсара Геркулес Х-1, у якого напруженість магнітного поля відома. Правда, для цього необхідно було задати радіус нейтронної зірки. Для Геркулеса Х-1, за даними зміни періоду, магнітний дипольний момент дорівнює (3? 5) - 10 ^ Гс - см ^. Щоб привести це значення в згоду з даними групи Трюмпера (т. Е. З величиною магнітного поля (3? 5) - 10 ^ Гс), необхідно припустити, що радіус нейтронної зірки Геркулес Х-1 ра * ен 6? 7 км; це не суперечить теоретичним розрахункам будови нейтронних зірок. Таким чином, аналітична модель? Крутящих моментов| дає правильний результат для Геркулеса Х-1. А як йдуть справи з іншими пульсарами?

Потрібно підкреслити, що більшість рентгенівських пульсарів має великі періоди, більше 100 с. Так от, для них при радіусі зірки 10 км виходить -оцінка магнітного поля близько декількох одиниць на 10 '^ Гс. Це так звані сверхкритические поля. При такому полі енергія електрона, що обертається навколо силової лінії, значно перевищує його енергію спокою 511 кеВ, тому рух електрона описується вже не просто квантової, а квантово-релятивістської теорією ^. На можливість існування таких полів у нейтронних зірок вперше вказав у 1975 Н. І. Шакура. Але тоді ця ідея була зустрінута астрофізиками

'Ліпунов В. М ,? Айстри, ж., 1982, т. 60, с. 888.

Квантово-релятивістські ефекти в таких сильних поля| досліджуються в МДУ під керівництвом І. М. Тернова. Докладніше про це див; Тернів І.М ,, Халілов В.Р, Електрони в сверхсильном магнітному полі.? Природа, 1983, | 5, с. 90.

? В штикі|. І на це були свої об'єктивні і суб'єктивні причини.

ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ

Звичайно, не існують фундаментальні фізичні закони, що забороняють нейтронної зірки мати поле напруженістю 10 ^ Гс. Побутує, щоправда, помилка, ніби такі поля не можуть існувати довго, оскільки в них має йти інтенсивне народження частинок, подібно до того як це відбувається в електричному полі з напруженістю більше 4. 10 '^ од. С05Е. Але це абсолютно невірно. Саме по собі магнітне полі не народжує частинки, оскільки воно не здатне здійснювати роботу.

Однак відсутність заборонних фундаментальних законів? ще не доказ існування таких полів. Є ряд об'єктивних труднощів. Головна з них? проблема генерації магнітних полів. Якщо просто стискати зірку типу Сонця з нормальним, вже? Вмороженого полем, то ніколи не вдасться отримати магнітне поле величиною 10 '^ Гс. Що можна відповісти на таке заперечення? Ті ж оцінки (див. Початок статті) показують, що не так-то просто отримати і поля набагато меншої величини, близько 10 ^ Гс, а вже існування таких полів у нейтронних зірок доведено спостереженнями. Так що нових проблем не виникало, просто стара проблема (хоча її мовчазно обходили) різко загострилася. Щоб вирішити її, потрібно або припустити існування всередині зірок магнітних полів, напруженість яких в сотні і тисячі разів більше тих, які ми реєструємо на поверхні; або магнітні поля додатково генеруються при колапсі (або після нього) в нейтронної зірки.

Здавалося б, немає ніяких? Або-ли-бо|? чого мудрувати. Адже астрономам давно відомі так звані Ар-зірки, у яких напруженість магнітного поля дорівнює кільком десяткам тисяч гаус. При стисненні такої зірки в нейтронну зірку легко отримати поле напруженістю 10 '^ Гс! Астрономам також відомі білі карлики з полем близько 10 "Гс, які при стисненні в нейтронну зірку дадуть напруженість поля не менше.

Але справа в тому, що рентгенівські пульсари, у яких знайдені сверхкритические поля, входять до складу масивних подвійних систем. Іншими словами, їх супутниками є масивні О? 'В-зірки (з масами більше 15? 20 М, д). Так от, совре-

менная теорія еволюції подвійних зірок відкидає можливість існування в масивних системах таких маломасивних зірок, як Ар-зірки або білі карлики. Але про магнітних полях всередині О? В-зірок нічого не відомо.

Взагалі, генерація магнітного поля? це ціла проблема навіть для звичайних зірок. Для нейтронних зірок проблема ще менш розроблена, і поки немає надійних результатів.

Мені здається, суб'єктивні причини, за якими багатьом астрофізикам не дуже подобається ідея надкритичних полів, чисто психологічного характеру. До цих пір всі роботи з розрахунку спектрів випромінювання плазми в магнітному полі проводилися лише для докритичних полів. Сверхкритическое поле значно ускладнює завдання, виникають? Новая| фізика і нові проблеми.

Зате сверхкритическое поле дозволяє пояснити відсутність циклотронних ліній у спектрах більшості рентгенів-

ських пульсарів. При поле 10 Гс ці лінії? Уходят| в область енергій, великих 0,1 МеВ, де пульсар майже нічого не випромінює,

Є й інші? За| і? Протів|. Коротко характеризуючи ситуацію, що склалася зараз в тій області астрофізики, яка займається вивченням магнітних полів нейтронних зірок, можна сказати так: безсумнівно, існують нейтронні зірки, що володіють полями 10 '^ Гс, і вже це? рекорд. З'явилися дуже вагомі аргументи на користь того, що існують нейтронні зірки з надкритичними полями, аж до 10 Гс, а можливо, й більше. Як це довести? Єдиний шлях? дослідити особливості поведінки плазми і її випромінювання в таких сильних полях і знайти ці особливості у спостережуваних нейтронних зірок. Якщо це вдасться зробити, ми зобов'язані будемо поглянути на проблему еволюції і генерації магнітних полів в астрофізиці абсолютно по-новому.

\

Астрофізика

? Спіральность| нейтрино і магнітні поля нейтронних зірок

Відомо, що освіта нейтронних зірок (колапс) супроводжується величезним, до 10 ерг, виділенням енергії. Астрофізиків давно хвилює питання, наскільки симетрично викидається вся енергія. Адже досить невеликий анізотропії, і що настає нейтронна зірка може отримати величезний імпульс віддачі. Наприклад, якщо в одну сторону випромінюючи на 0,01% більше енергії, ніж в іншу, нейтронна зірка придбає швидкість в кілька сотень кілометрів на секунду. Цікаво, що саме така швидкість руху спостерігається у деяких радіопульсаров.

Оригінальний механізм, що приводить до анізотропії, запропонований Н. Н. Чугай (Астрономічна рада АН СРСР).

Як показують розрахунки, майже всю енергію, що випромінюється в процесі колапсу, забирають нейтрино, що утворюються при злитті протонів і електронів і при захопленні позитронів вільними нейтронами: Р + е? * - П - (- у, п + е ^ - * - р- 1- 7. В умовах колапсу спін-орбітальної зв'язком можна знехтувати, тому повний спін частинок, що вступають у реакцію, повинен бути рівний спину виникають частинок. Припустимо, реакції проходять в магнітному полі настільки сильному, що спини всіх електронів і позитронів паралельні напрямку цього поля . Припустимо також, що протони і нейтрони поляризовані (ця умова виконується, оскільки магнітний момент нуклонів значно менше, ніж у електронів) .Тоді при всіляких напрямках спина нуклонів до і після реакції спини утворюються нейтрино в більшості випадків орієнтовані по полю (у антинейтрино? проти поля). Але нейтрино? спіральни|; їх спин завжди спрямований у напрямку руху (у антинейтрино? навпаки). Це означає, що більша частина нейтрино і антинейтрино вилітає у напрямку поля. За законом збереження імпульсу, зірка повинна отримати сильний імпульс віддачі. У реальних умовах тільки частина електронів і позитронів повністю поляризовані.

За оцінками Чугая, швидкість, що купується нейтронної зіркою, дорівнює у = 30 (В / 10 '-1-е) (М / М ^) - (К / 10 "см) -' км / с, де В '-? напруженість магнітного поля, М і К? маса і радіус нейтронної звезди.Такім чином, щоб пояснити спостережувані швидкості радіопульсаров (100 км / с), потрібно припустити існування магнітних полів, приблизно рівних 3- 10 '"Гс

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка