Игорь Максимович Подгорный - Активные эксперименты в космосе

расстояниях, где поле еще заметно не искажено
солнечным ветром. Там же показана траектория заряженной частицы, движущейся вдоль силовой линии от
6

плоскости экватора к полюсу. По мере приближения к
полюсу частица движется во все более и более сильном
поле (силовые линии сгущаются), и ее направленная
скорость уменьшается
благодаря
непрерывно действующей выталкивающей силе.
При определенном значении напряженности магнитного поля, зависящем только от отношения v у /v ± , частица остановится, а затем начнет двигаться в противоположном направлении. Достигнув области сильного
поля у другого полюса, частица вновь отразится. Двигаясь между областями сильного поля, частица оказывается запертой, как в ловушке. Именно таким образом
удерживаются быстрые заряженные частицы в магнитосфере Земли, образуя известный радиационный пояс.
Рассмотрим теперь, к чему приведет неоднородность
магнитного поля в направлении, перпендикулярном силовым линиям. Частица в этом случае движется по
сложной траектории, дрейфуя в направлении, перпендикулярном как силовым линиям, так и градиенту магнитного поля. Характер дрейфового движения понятен из
рис. 2. Силовые линии магнитного поля перпендикуляр-

В

2

Рис. 2. Траектория движения частицы поперек
неоднородного магнитного поля. Пунктиром показана граница слабого В\ и сильного В2 полей.
Силовые
линии
направлены
перпендикулярно
плоскости чертежа

ны плоскости чертежа. Вместо плавного изменения
поля на рисунке представлена идеализированная картина с резкой границей (пунктир) между слабым В{ и
сильным В2 магнитными полями. В слабом магнитном
поле заряженная частица движется по окружности большого радиуса. Пересекая границу, она попадает в сильное поле. Здесь радиус кривизны траектории частицы
мал. Последовательно пересекая границу полей В { и В 2
и двигаясь часть времени в сильном поле, а часть — в
слабом, частица дрейфует вдоль границы. Если вместо
7

резкой границы имеет место постепенное увеличение
поля, то радиус кривизны траектории плавно меняется,
но характер дрейфового движения остается таким же.
Напряженность магнитного поля Земли уменьшается с
увеличением расстояния, следовательно, частицы дрейфуют вокруг ее магнитной оси. Дрейф в неоднородном
поле накладывается на колебательное движение частицы, отражающейся от областей сильных полей.
Сила, действующая на заряженную частицу в магнитном поле, зависит от заряда частицы, следовательно,
положительные и отрицательные частицы дрейфуют в
различных направлениях. Различное направление дрейфа, вообще говоря, может привести к изменению распределения зарядов, а следовательно, к появлению электрического поля. Дрейф вокруг магнитной оси Земли электронов и положительно заряженных ионов не приводит
к разделению зарядов. Все заряды одновременно вращаются вокруг оси. Электроны в одну сторону, а ионы
в другую, и нигде не образуется избыток заряда одного
знака. Таким образом, законность использования одночастичного приближения для анализа поведения частиц
в радиационных поясах очевидна.
Поляризационные эффекты отчетливо проявляются в
ограниченном сгустке плазмы, помещенном в неоднородном магнитном поле. Дрейфуя в различных направлениях, электроны и ионы накапливаются на противоположных границах плазмы. По мере накопления зарядов электрическое поле возрастает и начинает оказывать влияние на траектории электронов и ионов. Дальнейшее движение частиц происходит в самосогласованном поле, и одночастичное приближение становится -неприменимым. Однако даже для этого случая можно качественно предсказать поведение сгустка. Прослеживая
траектории частиц, нетрудно убедиться, что направление поляризационного электрического поля таково, что
дрейф в «скрещенных» электрическом и магнитном полях приводит к движению ионов и электронов в сторону
слабого поля. Более строгое рассмотрение показывает,
что сгусток плазмы ведет себя подобно диамагнетику и
выталкивается из области сильного магнитного поля.
Если плазма находится одновременно в магнитном
и электрическом полях, силовые линии которых перпендикулярны друг другу, то возникает дрейф в направле8

нии, перпендикулярном силовым линиям обоих полей.
Частицы дрейфуют со скоростью vd = сЕ/В. Характер
дрейфовых траекторий для этого случая --">