Игорь Максимович Подгорный - Активные эксперименты в космосе

выяснение
свойств
околоземного
космического
пространства.
Большинство космических экспериментов требует тщательной подготовки и может быть осуществлено только
с помощью дорогостоящей аппаратуры. В обмен на
материальные и интеллектуальные затраты космические
эксперименты дают уникальную информацию о природе, недоступную для обычной лабораторной
техники.
Несмотря на всю его громоздкость и трудоемкость,
космический эксперимент является необходимым этапом исследования. Однако единство законов природы
позволяет успешно воспроизводить в лаборатории некоторые явления, происходящие в межпланетной среде
и магнитосфере, и исследовать их в привычных для
экспериментаторов условиях.
Колоссальное различие в пространственных и временных масштабах накладывает определенные ограничения на возможность лабораторных исследований, но
там, где моделирование явлений возможно, преимущества лабораторного эксперимента неоспоримы. Он
проще, обладает большим диапазоном средств исследования и позволяет изучать явление в изолированном
виде, когда оно не маскируется совокупностью сложных процессов, протекающих одновременно.
В брошюре этой же серии за 1972 г. уже рассматривались лабораторные эксперименты по моделированию взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем Земли *. Там рассказывалось, что, используя
* И. М. П о д г о р н ы й .
«Знание», 1972.
44

Плазма в космосе и лаборатории.

М.,

принцип ограниченного моделирования, можно воспроизвести в лаборатории форму магнитосферы с ее магнитным хвостом и бесстолкновительную ударную волну, возникающую у границы магнитосферы при обтекании сверхзвуковым потоком плазмы, которым в реальных условиях является солнечный ветер. Основные параметры солнечного ветра и искусственного солнечного
ветра, который используется в модельных экспериментах Института космических исследований (ИКИ) АН
СССР, представлены в табл. 1.
Таблица 1

Параметры солнечного ветра
( 3 - 5 ) 107
Параметры искусственного
солнечного ветра в экспериментах И К И АН СССР
з . 107

Температура электронов, эВ

Вморожен!
в плазму
поле, Гс

Скорость,
см/с

Концентра
ция, см—3

а>
о

20-30

6

ю-4

15-20

1013

40

Поток плазмы в этих экспериментах
направлялся
на терреллу — небольшой соленоид с током, являющийся моделью магнитного поля Земли. В этих условиях
были воспроизведены бесстолкновительная ударная волна и форма магнитосферы. Наиболее наглядное представление о том, насколько хорошо моделируются процессы при обтекании солнечным ветром магнитосферы,
может дать спектр магнитных флуктуаций на фронте
ударной волны. На рис. 10 представлены спектры флуктуаций, полученные в космосе и в лаборатории. Несмотря на то что эти измерения велись независимо и
измеряемые величины отличаются на мйого порядков
величины, спектры мощности флуктуаций, выраженные
в безразмерных единицах, прекрасно согласуются между собой. Черными точками на рисунке показаны результаты измерений микрофлуктуаций магнитного поля
в лабораторном эксперименте с параметрами плазмы,
выбранными исходя из принципа ограниченного моделирования. Сплошная линия представляет спектр мощ45

ности внутри ударной волны в космосе, построенный по
данным, полученным на спутнике «ОГО-3». Белые точки, квадратики и треугольники — измерения на спутнике «ОГО-1» в турбулентной области за
фронтом
ударной волны (где уровень шумов несколько циже,
чем в ударной волне). В качестве единицы энергии на

101

10 2

103

52в

Рис. 10. Спектр микрофлуктуаций
магнитного
поля,
выраженный
в
безразмерных единицах.
Черные кружки
представляют собой результаты модельных экспериментов. Сплошная линия — измерения в космосе внутри фронта ударной волны. Белые кружки, треугольники и квадраты — различные измерения в космосе за фронтом ударной волны, где
уровень
микрофлуктуаций меньше

графике взята плотность магнитной энергии в потоке
плазмы В2/8я. В качестве единицы частоты выбрана
частота вращения иона по ларморовской
окружности
Q в =

еВ/Мс.

Этот и ряд других результатов показывают, что
искусственная магнитосфера, образующаяся в лаборатории при взаимодействии потока плазмы с магнитным
полем диполя, может быть использована для изучения
физики околоземного --">