отчет об исследованиях по тематике, относящейся к компетенции Отделения ядерной физики РАН
отчет сектора теории сверхпроводимости
отчет сектора теории твердого тела
отчет сектора теоретической биофизики
отчет сектора квантовой теории поля и квантовой статистики
отчет сектора теории элементарных частиц
отчет сектора физики высоких энергий
отчет группы советника РАН В.Гинзбурга
|
Отчет сектора взаимодействия радиоволн с плазмой |
Заведующий сектором - А.В.Гуревич.
В секторе работают 10 сотрудников, среди них 4 доктора физ.-мат. наук,
3 кандидата физ.-мат. наук, 2 сотрудника без степени,
один сотрудник является членом ООФА РАН - член-корреспондент А.В.Гуревич.
Также в секторе проходили обучение 1 аспирант МФТИ и 7 студентов МФТИ,
один из них защитил диплом в 2002г.
Опубликована или послана в печать 21 научная работа,
сотрудники приняли участие в 4 международных конференциях и сделали 10 докладов,
а также в 3 российских конференциях и сделали 3 доклада.
Сектор проводит еженедельный астрофизический семинар
(руководитель - А.В.Гуревич, секретарь - В.С.Бескин)
Основные научные результаты, полученные в 2002 г.:
- Исследована возможность обнаружения пульсаров, которые уже перестали излучать
в радиодиапазоне. Рассмотрены две модели: модель с затрудненным выходом
частиц с поверхности пульсара (впервые предложена Рудерманом и Сазерлендом,
1975) и модель со свободным выходом частиц (Аронс, 1981; Местел, 1999). В модели
с затрудненным выходом число частиц, покидающих магнитосферу пульсара,
очень мало, и их излучение не может быть зарегистрировано современными при-
борами. В то же время, для модели Аронса и число частиц, и мощность излучения
достаточно велики, так что существует возможность детектировать такие "потухшие"
пульсары при помощи спутников GLAST и INTEGRAL. (В.С.Бескин)
- В рамках гидродинамического уравнения Грэда-Шафранова обсуждается двумерная
структура тонкого аккреционного диска в окрестности шварцшильдовской
черной дыры после прохождения последней устойчивой орбиты. Показано, что
при приближении к звуковой поверхности происходит резкое сжатие аккреционного
диска, так что течение вещества здесь уже не является радиальным. В результате,
в вертикальном балансе становятся существенными динамические силы, которые
на звуковой поверхности сравниваются по величине с градиентом давления.
Этот вывод подтвержден прямым разложением решения вблизи звуковой поверхности.
Поэтому в сверхзвуковой области (и, в частности, у горизонта черной дыры)
толщина диска будет определяться не градиентом давления, а формой баллистических
траекторий. (В.С.Бескин)
- Исследовалось, как зависит переходное излучение электронного сгустка, падающего
на мишень, от размеров и формы сгустка. Полученные теоретические результаты
были также проверены в опытах на микротроне ФИАН. (Б.М.Болотовский совместно
с А.В.Серовым (ФИАН) и С.В.Левоняном (DESY, Гамбург, ФРГ)).
- Исследован квазиклассический предел для нелинейного уравнения Шредингера
(НШ) в случае дефокусирующей среды при осциллирующих непериодических
заданных на всей оси x начальных условиях. Эволюция системы приводит к развитию
нелинейных колебаний, приобретающих на больших временах статистический
характер. Сформулирована система интегральных законов сохранения, которые
вследствие эргодичности начальных условий выражаются в форме независимости
от времени бесконечного числа усредненных по пространству плотностей. Эти
инвариантные плотности рассчитываются явно по начальным условиям. Исследована
прямая задача рассеяния для линейной системы второго порядка, связанной с
уравнением НШ, и показано, что фаза рассеяния является равномерно распределенной
случайной величиной. Использован метод модифицированной обратной
задачи рассеяния, основанный на конструкции максимизатора для N-солитонного
решения при N стремящемся к бесконечности. С помощью максимизатора определена
бесконечная система интегральных законов сохранения в статистическом состоянии
при t стремящемся к бесконечности. Это
позволило связать начальное состояние с предельным статистическим и тем самым
полностью определить установившийся спектр. В численном эксперименте проверено
совпадение первых трех инвариантных плотностей в начальном и статистическом
состояниях.
(А.В.Гуревич, К.П.Зыбин совместно с Н.Г.Мазуром (Объединенный институт физики
Земли им.О.Ю.Шмидта РАН) и В.В.Геогджаевым (Институт океанологии
им.П.П.Ширшова РАН))
- Продолжено развитие теории крупномасштабных нелинейных структур, возникающих
при модификации ионосферы. Результаты теории сопоставлены с экспериментальными
данными, полученными при наблюдении с вращающегося по полярной орбите спутника
Оскар 27. Полярная ионосфера модифицировалась установкой HAARP (Аляска).
Сопоставление данных наблюдений с теорией показало их хорошее согласие.
Впервые обнаружено, что искусственно созданная плазма образует структуры
пониженной плотности, вытянутые вдоль направления магнитного поля на
сотни километров.
(А.В.Гуревич, К.П.Зыбин совместно с E.Фремоу и Дж.Сиканом (Северо-Западная
исследовательская ассоциация, Вашингтон, США))
- Развита теория радиоизлучения, генерируемого высокоэнергичной частицей
космических лучей в условиях грозы. Показано, что радиоизлучение имеет форму
биполярного микросекундного импульса с характерной частотой 1-10 МГц. Совместное
действие пробоя на быстрых электронах и широкого атмосферного ливня приводит к
высокой интенсивности излучения. Радиоимпульс от частиц с энергией 1017 эВ может
наблюдаться на расстояниях 100-300 км. Высказано предположение,
что пробой на убегающих электронах в грозовых облаках может играть роль "искровой
камеры" для радио детектирования частиц высоких энергий.
(А.В.Гуревич, К.П.Зыбин совместно с Л.Дунканом (Тейлоровская инженерная
школа Дартмундского колледжа, США) и Ю.В.Медведевым (Институт теплофизики
экстремальных состояний Объединенного института высоких температур РАН))
- Решена задача о взаимодействии вращающегося магнитного поля Юпитера с плазменным
диском, созданным спутником Юпитера Ио, в результате ионизации его
вулканического газа в магнитосфере Юпитера. Показано, что магнитное поле
Юпитера выталкивается диском как во внутреннюю область магнитосферы, так и
во внешнюю. Найдена система электрических токов, текущих в диске и магнитосфере
вдоль силовых линий магнитного поля, и замыкающихся в ионосфере Юпитера.
Определена энергия, идущая на раскрутку диска и на омический нагрев ионосферы.
Энергия черпается из энергии вращения Юпитера. (Я.Н.Истомин)
- Рассмотрено пондеромоторное воздействие мощной радиоволны на ионосферную
плазму вблизи отражения ее в F области. Показано, что движение плазмы ионосферы
возмущается слабо, однако возникающие электрические токи могут существенно
возмутить геомагнитное поле. Предложено использовать в будущих экспериментах
спиральные пучки электромагнитных волн. (Я.Н.Истомин)
- Предложена новая модель происхождения космологических гамма-всплесков.
Гамма излучение возникает при взаимодействии ударной волны взрыва сверхновой
с магнитным полем нейтронной звезды или замагниченного белого карлика, являющимися
звездами-компаньонами звезды предсверхновой. Часть энергии ударной волны
перекачивается в магнитное поле хвоста магнитосферы, образованного
при обтекании ударной волной звездной магнитосферы. В процессе пересоединения
магнитного поля хвоста образуются ускоренные частицы, дающие синхротронное
излучение в гамма диапазоне. Послесвечение возникает в том случае, когда
часть магнитного хвоста отрывается от звезды, образуя замагниченный релятивистский
джет. (Я.Н.Истомин)
Результаты, предлагаемые для включения в годовой отчет академика-секретаря:
Решена задача взаимодействия плазменного диска, образованного ионизацией
вулканического газа от спутника Юпитера Ио, с вращающимся магнитным
полем Юпитера. Это позволило найти строение магнитосферы Юпитера и
решить проблему полярных сияний на Юпитере. Работа имеет широкое
применение в астрофизики при исследовании рентгеновских источников в
Галактике и изучении строения активных галактических ядер.
(д.ф.-м.н. Я.Н.Истомин)
Аннотация:
Показано, что плазменный диск выталкивает магнитные силовые линии
магнитного поля Юпитера в обе стороны, как внутрь, к Юпитеру, так и наружу.
Дипольное магнитное поле Юпитера сильно сжимается вблизи внутреннего
края диска, что находит подтверждение измерениями на космических
аппаратах. Юпитер раскручивает диск до скоростей, соответствующих
вращению с постоянной угловой скоростью, меньшей чем угловая скорость
вращения Юпитера. Радиальная скорость в диске приближается к
вращательной. При взаимодействии возникают разность потенциалов между
внутренним и внешним краями диска, а также петля электрического тока,
текущего по плазменному диску и ионосфере Юпитера, и замыкающегося
магнитосферными токами, текущими вдоль выделенных магнитных
поверхностей. Определены потери энергии вращения Юпитера. Часть энергии
передается диску, часть расходуется на джоулев нагрев ионосферы Юпитера
при протекании по ней электрического тока. Показано, что эффективная
поверхностная проводимость ионосферы Юпитера должна быть выше
некоторого значения для того, чтобы она была способна пропустить
генерируемый электрический ток.
На примере точного решения данной задачи показано, что проблема
взаимодействия плазменного потока с сильным магнитным полем не может
быть решена в рамках обычно используемого МГД приближения, а требует
двужидкостного подхода. Показано, что при таком взаимодействии возникают
замкнутые тонкие петли электрического тока.
Решенная проблема открывает перспективы решения аналогичной задачи о
взаимодействии аккреционных дисков с магнитными полями замагниченных
звезд. Такие системы являются мощными источниками рентгеновского
излучения в нашей Галактики. Кроме того, развитый подход может быть
применен к исследованию взаимодействия аккреционных дисков, вращающихся
вокруг массивных черных дыр в активных ядрах галактик, с релятивистскими
узко направленными выбросами материи из этих ядер.
Проекты, выполнявшиеся в 2002 году:
- РФФИ № 02-02-16762
"Образование и структура релятивистских и нерелятивистских струйных выбросов
в компактных источниках". Руководитель: В.С.Бескин
(2002-2004, 3 исполнителя, полное число участников - 5)
- РФФИ № 00-02-16548
"Нелинейная динамика мелкомасштабных и крупномасштабных структур темной материи.
Влияние темной материи на формирование галактик. Природа темной материи."
Руководитель: А.В.Гуревич
(2000-2002, 6 исполнителей, полное число участников - 7)
- РФФИ № 00-15-96594
"Электродинамика и кинетика нелинейных процессов в космической плазме".
Руководитель: А.В.Гуревич
(проект поддержки научных школ, 9 исполнителей, полное число участников - 15)
- РФФИ № 02-02-06676
В.А. Сирота, Грант молодым ученым 2002 г.
- Программа РАН "Солитоны и Хаос"
(2001-2003, 5 человек)
- INTAS № 99-1068
"Резонансные и авторезонансные эффекты в динамике нелинейных волн, солитонов и вихрей".
Руководитель - Л.Фридланд (Хевронский университет, Израиль)
(2000-2002, 2 исполнителя)
- МНТЦ № 1480
"Электрический пробой воздуха с убегающими электронами и его участие в инициировании молнии".
Руководители - Л.П.Бабич (ВНИИЭФ, г.Саров), А.В.Гуревич
(2001-2004, 3 исполнителя)
- МНТЦ № 2236-р
"Исследование плазменных неустойчивостей, возбуждаемых наземными ВЧ ("нагревными") установками,
а также рентгеновского и гамма излучений, возникающих в процессах пробоя на убегающих электронах".
Руководитель - А.В.Гуревич
(2001-2004, 3 исполнителя, всего участников - 10)
- Грант Шведской Академии Наук
"Кинетические эффекты при взаимодействии радиоволн с ионосферной плазмой".
(2000-2002, Я.Н.Истомин)
- Грант Королевской Академии Наук ( Великобритания) "Леверхульме Траст"
"Кинетические эффекты при взаимодействии радиоволн с ионосферной плазмой".
(Я.Н.Истомин)
Участие в конференциях:
- Третья международная Сахаровская конференция по физике, 24-29 июня 2002 г., Москва,
В.С.Бескин, член оргкомитета (приглашенный доклад, совместно с А.Д.Чеховским),
А.В.Гуревич, член оргкомитета (пленарный доклад),
К.П.Зыбин (приглашенный доклад совместно с А.В.Гуревичем и А.С.Ильиным),
Я.Н.Истомин (приглашенный доклад);
- Международная летняя школа "Accretion discs, jets, and high energy phenomena in
astrophysics", Les Houches, France, 29 июля - 23 августа 2002 г.,
В.С. Бескин, член оргкомитета (три лекции);
- Международная школа-семинар "Dark matter, dark energy and gravitational
lensing",
19-23 июня 2002 г., Москва,
А.В.Гуревич, председатель оргкомитета (доклад);
- Генеральная Ассамблея URSI, Маастрих, Нидерланды, 17-24 августа 2002 г.,
Я.Н.Истомин (два приглашенных доклада);
- XX Всесоюзная конференция по распространению радиоволн, Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г.,
А.В.Гуревич (пленарный доклад);
- XXIX Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС, г.Звенигород,
25 февраля -
1 марта 2002 г.,
В.А.Сирота (доклад);
- Конференция, посвященная 100-летию П.М.Дирака, ИИЕТ РАН, Москва,
Б.М.Болотовский (приглашенный доклад);
Преподавание:
Два сотрудника являются преподавателями кафедры "Проблем физики и астрофизики"
факультета общей и прикладной физики МФТИ:
- В.С.Бескин - "Общая астрофизика" и "Магнитная гидродинамика" и
- Я.Н.Истомин - "Нелинейные волны" и "Физическая кинетика".
Научное сотрудничество:
- НИРФИ, Н.Новгород, Мэрилендский Университет, США, Тейлоровская инженерная школа Дартмундского
колледжа, США, Северо-Западная исследовательская ассоциация, Вашингтон,
США, Институт космической физики, Упсала, Швеция
Взаимодействие радиоволн с плазмой. Нелинейные явления в ионосфере;
- Тянь-Шаньская высокогорная научная станция ФИАН, Всероссийский институт
экспериментальной физики, Саров, Национальная Лаборатория в Лос Аламосе,
США, Институт ионосферы Казахстанской Академии наук, Атма-Ата
Исследование пробоя на быстрых электронах и механизма молнии;
- Лондонский Университет, Великобритания
Ионосферная и космическая плазма;
- Университет Дж.Фурье, Гренобль, Франция, обсерватория Париж - Медон,
Институт космических исследований, Москва
Физические процессы вблизи компактных объектов;
- Астрономический институт им.Штернберга, Москва, Специальная Астрофизическая обсерватория РАН
Микролинзирование, гамма-всплески;
- Утрехтский университет, Голландия
Нейтронные звезды.
Список литературы, опубликованной и принятой в печать
в иностранных журналах в 2002 году:
- V.S.Beskin
"2D transonic electrodynamics in General Relativity",
Accretion discs, jets, and high energy phenomena in astrophysics,
Eds. G.Pelletier, G.Henri, F.Menard, 50 pages (in press)
- V.S.Beskin, N.L.Zakamska, H.Sol
"Radiation drag effects on magnetically dominated outflows around
compact objects", Monthly Notices Royal Astronomical Society, (2003) (in press)
- V.S.Beskin, A.D.Tchekhovskoy
"Internal structure of a thin accretion disk",
Proc.Third Intern. Sakharov Conference on Physics, 24-29 June 2002, Moscow, 9 pages (in press)
- A.V.Gurevich, E.Fremouw, J.Secan, K.Zybin
"Large scale structuring of plasma density perturbations in ionospheric modifications",
Phys.Lett.A, Vol.301 (3-4) (2002) pp.307-314
- A.V.Gurevich, L.M.Duncan, Yu.V.Medvedev, K.P.Zybin
"Radio emission due to simultaneous effect of runaway breakdown and extensive
atmospheric showers", Phys.Lett.A, Vol.301 (2002) pp.320-326
- A.V.Gurevich
"Nonlinear dynamics of dark matter and its interaction with baryonic
matter", Proc. Third Intern. Sakharov Conference on Physics, 24-29 June 2002, Moscow (in press)
- K.P.Zybin, A.V.Gurevich, A.C.Il'in
"Interaction of baryonic and nonbaryonic matter in galaxy center",
Proc. Third Intern. Sakharov Conference on Physics, 24-29 June 2002, Moscow (in press)
- T.R.Pedersen, A.Gurevich et al.,
"Magnetic zenith enhancement of HF radio-induced airglow production at HAARP",
J.Geophys.Res.Lett. (in press)
- Ya.N.Istomin
"Propagation of electromagnetic waves in pulsar magnetosphere", Astrophysics and Space Science,
Vol.278, p.77, 2001
- Ya.N.Istomin
"The ponderomotive action of a powerful electromagnetic wave on ionospheric plasma",
Phys.Lett.A, Vol.299, p.248, 2002
- Ya.N.Istomin, B.V.Komberg
"The magnetospheric flare on compact magnetized object (neutron star or white dwarf) - model
for cosmological gamma-ray burst", New Astronomy, (in press)
- Ya.N.Istomin
"On the structure of the magnetic field in the magnetosphere of Jupiter",
Planetary and Space Science, (in press)
- Б.М.Болотовский
"Государство, наука, ученые", доклад на конференция "Советская наука при Сталине",
Вестник ассоциации выпускников МГУ в Германии (DAMU) 2002 г.
Список литературы, опубликованной и принятой в печать
в российских журналах в 2002 году:
- В.С.Бескин, Р.Ю.Компанеец, А.Д.Чеховской
"Двумерная структура тонких аккреционных дисков",
Письма в Астроном.Журн., т.28, c.616 (2002)
- В.С.Бескин, С.А.Елисеева
"О возможности детектирования потухших радиопульсаров",
Письма в Астроном.Журн., т.29, с.25 (2003)
- Н.Г.Мазур, В.В.Геогджаев, А.В.Гуревич, К.П.Зыбин
"Статистический предел в решении нелинейного уравнения Шредингера при
детерминированных начальных условиях", ЖЭТФ, т.121 (2002) с.971
- А.В.Гуревич
"Распространение мощных СВЧ радиоволн через атмосферу", Труды XX Всесоюзной
конференции по распространению радиоволн, Нижний Новгород, 2-4 июля 2002 г., сс.15-19
- В.А.Сирота
"Скрытая масса в свете последних наблюдений", XXIX Звенигородская конференция по физике
плазмы и УТС г.Звенигород, 25 февраля-1 марта 2002 г., с.5
- Я.Н.Истомин, Б.В.Комберг
"Гамма-всплески, как результат взаимодействия ударной волны от взрыва сверхновой с
нейтронной звездой - компаньона тесной пары", Астрономический журнал, т.79, с.1008, 2002
- А.В.Серов, С.В.Левонян, Б.М.Болотовский
"Особенности когерентного переходного излучения электронного сгустка, ускоренного в
микротроне", ЖЭТФ, 120 (2001),
- Б.М.Болотовский, А.В.Серов
"Переходное излучение от протяженной системы зарядов", ЖТФ, 72 (2002) 3
|
