Magnetosonic bølge - Magnetosonic wave

En magnetosonisk bølge (også kalt magnetoakustisk bølge ) er en lineær magnetohydrodynamisk (MHD) bølge som drives av både trykk (termisk og magnetisk) og magnetisk spenning. Det er to typer magnetosonic bølger, den raske magnetosonic bølgen og den langsomme magnetosonic bølgen. Både raske og langsomme magnetosoniske bølger har nylig blitt oppdaget i solkoronaen , som skapte et observasjonsgrunnlag for den nye teknikken for koronal plasmadiagnostikk, koronal seismologi .

Homogent plasma

I et ideelt homogent plasma i uendelig grad, og i fravær av tyngdekraft, danner magnetosoniske bølger sammen med Alfvén-bølgen de tre grunnleggende lineære MHD- bølgene. Under antagelse av normale moduser, nemlig at de lineære forstyrrelsene til de fysiske størrelsene er av formen

(med 1 den konstante amplituden), kan en dispersjonsforhold av magnetosoniske bølger utledes fra systemet for ideelle MHD-ligninger:

hvor v A er Alfvén-hastigheten, v s er lydhastigheten, k er størrelsen på bølgevektoren og k er komponenten i bølgevektoren langs bakgrunnsmagnetfeltet (som er rett og konstant, fordi plasma antas homogen).

Denne ligningen kan løses for frekvensen ω , og gir frekvensene til de raske og langsomme magnetosoniske bølgene:

Det kan vises at ω slω Aω f (med ω A = k v A Alfvén-frekvensen), derav navnet på "langsomme" og "raske" magnetosoniske bølger.

Begrensende saker

Fraværende magnetfelt

I fravær av et magnetfelt reduserer hele MHD- modellen til hydrodynamikk (HD) -modellen. I dette tilfellet v A = 0 , og dermed ω2
sl
= 0
og ω2
f
= k 2 v2
s
. Den langsomme bølgen forsvinner dermed fra systemet, mens den raske bølgen bare er en lydbølge som forplantes isotropisk.

Ukomprimerbart plasma

Hvis plasma ikke er komprimerbart, kan lydhastigheten v s → ∞ (dette følger av energilikningen) og det kan da vises at ω2
sl
= ω2
A
og ω2
f
= ∞
. Den langsomme bølgen forplantes altså med Alfvén-hastigheten (selv om den forblir forskjellig fra en Alfvén-bølge i sin natur), mens den raske bølgen forsvinner fra systemet.

Kaldt plasma

Under antagelse om at bakgrunns temperaturen T 0 = 0 , følger det av den perfekte gassloven at termisk trykk p 0 = 0 og dermed at v s = 0 . I dette tilfellet ω2
sl
= 0
og ω2
f
= k 2 v2
A
. Derfor er det ingen langsomme bølger i systemet, og de raske bølgene forplanter seg isotropisk med Alfvén-hastigheten.

Inhomogen plasma

I tilfelle av et inhomogent plasma (det vil si et plasma der minst en av bakgrunnsmengdene ikke er konstant) mister MHD-bølgene sin definerende natur og får blandede egenskaper. I noen oppsett, for eksempel de aksesymmetriske bølgene i en rett sylinder med sirkulær basis (en av de enkleste modellene for en koronalsløyfe ), kan de tre MHD-bølgene fremdeles skille seg ut. Men generelt eksisterer de rene Alfvén, raske og langsomme magnetosoniske bølgene ikke, og bølgene i plasma er koblet til hverandre på intrikate måter.

Se også

Referanser

  1. ^ Nakariakov, VM; Verwichte, E. (2005). "Koronale bølger og svingninger" . Levende pastor Sol. Phys . 2 (1): 3. Bibcode : 2005LRSP .... 2 .... 3N . doi : 10.12942 / lrsp-2005-3 . S2CID  123211890 .
  2. ^ Goossens, Marcel (2003). En introduksjon til plasma astrofysikk og magnetohydrodynamikk . Astrofysikk og romvitenskapsbibliotek. 294 . Dordrecht: Springer Nederland. doi : 10.1007 / 978-94-007-1076-4 . ISBN 978-1-4020-1433-8.
  3. ^ Goossens, Marcel L .; Arregui, Inigo; Van Doorsselaere, Tom (2019-04-11). "Mixed Properties of MHD Waves in Non-uniform Plasmas" . Frontiers in Astronomy and Space Sciences . 6 : 20. Bibcode : 2019FrASS ... 6 ... 20G . doi : 10.3389 / fspas.2019.00020 . ISSN  2296-987X .