Михаил Галисламов - Тунгусский и Челябинский метеориты. Научные мифологемы

D = ( kT /4 πe 2 n e ,) 0,5

где T – температура электронов, градус; k = 1,380662.10 –23Дж/К – коэффициент, переводящий единицы энергии в градусы; e – заряд электрона, n e – количество заряженных частиц в плазме (дебаевское число). В объеме одной поверхности заключено равное количество положительных и отрицательных ионов. Если к плазменному объекту приложить внешнее поле, то оно проникает на глубину порядка дебаевского радиуса. Плазма называется газовой, если число частиц одного сорта велико. В термодинамическом отношении она рассматривается как идеальный газ.

Для соблюдения нейтральности плазмы необходимо, чтобы ее характерные размеры ( L ) были много больше дебаевского радиуса. Для разных объектов его величина изменяется в зависимости от температуры и числа ионов. Газ, у которого дебаевский радиус мал, в сравнении с линейными размерами занимаемой им области, характеризуется высокой степенью ионизации. В теории Дебая – Хюккеля ион полностью ионизированного газа принимается за точечный заряд. При этом газ считают электрически нейтральным как целое. Если через плазму в форме столба пропустить сильный электрический ток вдоль оси, то магнитное поле этого тока, имеет форму как у прямолинейного проводника. Электродинамические силы сжимают плазму. Сжатие плазмы происходить до тех пор, пока давление, вызванное электродинамическими силами, не уравновесится давлением частиц самой плазмы [92].

Плотность и температура заряженных частиц являются важными параметрами характеристики плазмы. У разных тел, в зависимости от температуры и числа ионов, изменяется величина D . У ионосферной плазмы D ≈ 10 –1см, для плазмы газового разряда D ≈ 10 –3÷ 10 –4см, для плазмы твердых тел D ≈ 10 –5÷ 10 –7см. Дебаевский радиус очень малая величина и соотношение L > D выполняется с большим запасом. Воздух и вода различаются по плотности только в 10 3раз, а плотности воды и вещества белых карликов различаются в 10 5раз. Диапазон плотностей плазмы – огромный. Различные типы газовой плазмы во всем диапазоне плотностей, различающихся на 28 порядков (от 10 6до 10 34м –3) [93. С. 23]. Внешняя часть земной атмосферы представляет собой плазменную оболочку из слабо ионизованной плазмы. Когда плотность заряженных частиц в газе очень мала, а среда представляет собой не полностью ионизованный газ, то ионы взаимодействуют, в основном, с нейтральными частицами.

Тела обычно находятся в твердом, жидком и газообразном состояниях. Плазму часто называют "четвертым состоянием вещества". Коллективное взаимодействие частиц, связанное с кулоновскими силами, позволяет рассматривать плазму как особое агрегатное состояние вещества. Ее отличает: сильное взаимодействие с внешними магнитными и электрическими полями, обусловленное высокой электропроводностью плазмы; взаимодействие частиц плазмы посредством поля; наличие упругих свойств, приводящих к возможности возбуждения и распространения в плазме разнообразных колебаний и волн. Свойство большой электропроводности приближает по этому признаку плазму к проводникам. За счет актов ионизации плазменные тела растут, притягивая к себе новые заряды из окружающего пространства. В плазме также протекают процессы противоположного направления. При определенной температуре за счет рекомбинации происходит убыль заряженных частиц. Рекомбинация – это процесс нейтрализации при встрече разноименных ионов или воссоединение иона с электроном с превращением последнего в нейтральную молекулу (атом). Исчезновение ионов, по существу, является процессом, противоположным возникновению. Возникновение и исчезновение плазмы в природе – это постоянный процесс, который происходит как днем, так и ночью.

Систематическое изучение электрических токов и разрядов в газах было начато лишь в конце 19 века. Была установлена природа газовых разрядов в различных условиях. Однако, ввиду сложности этих явлений, точной количественной теории их не существует до настоящего времени. Ионизация газа, возникающая в результате вырывания электронов из молекул и атомов самого газа, называется объемной ионизацией, так как источники ионов здесь распределены в объеме, занимаемом газом. Помимо объемной ионизации существует поверхностная ионизация. При таком виде ионы, или электроны, поступают в газ со стенок сосуда, в котором он заключен, или с поверхности тел, вносимых в газ. Например, источником электронов могут служить раскаленные тела (термоэлектронная эмиссия) или поверхность металла, освещаемая ультрафиолетовым излучением (фотоэлектрический эффект).

Пламя огня и разрядный канал молнии образуют плазму в природных условиях. Искусственная плазма создается в газоразрядных лампах, при газовых разрядах. Заряженные частицы, входящие в ее состав, непрерывно находятся в ускоряющем электрическом поле. Средняя кинетическая энергия зарядов в газоразрядной плазме значительно превышает среднюю энергию нейтральных частиц плазмы. В плазме отсутствует термодинамическое равновесие. Если поддерживать неравновесное состояние, то в плазме будут проходить токи. После удаления внешнего поля, приложенного к плазме, заряды в газе исчезают, атомы и молекулы переходят в нейтральное состояние.

В магнитосфере Земли, за пределами ионосферы, расположены плазмосфера и радиационные пояса. Магнитосфера Земли – область околоземного пространства, занятая геомагнитным полем [94]. Плазмосферой называется внутренняя область магнитосферы, по форме напоминающая тор, содержащая холодную плазму, с энергий менее 1–2 эВ и плотностью частиц 100–1000 см –3[95]. Когда число частиц одного сорта в плазме велико, ее называют газовой и рассматривают в термодинамическом отношении как идеальный газ. Действие полей Земли и искусственных электромагнитных излучений на плазму, расположенную в разреженной атмосфере, трудно обнаружить. Ученые Мюнхенского Института космической физики и астрофизики им. Макса Планка провели серию экспериментов с образованием искусственных облаков плазмы в космическом пространстве [11]. В магнитосфере Земли создавалось видимое плазменное облако и изучалось его поведение. Исследователи исходили из того, что поведение заряженных частиц в электрическом и магнитном поле соответствует теории физики. Если положительно заряженный ион или отрицательно заряженный электрон попадают в магнитное поле и компонента скорости перпендикулярна к этому полю, то частицы начинают двигаться по окружностям вокруг силовых линий. Компонента скорости параллельная вектору напряженности магнитного поля ( В)не меняется магнитным полем, и движение по этому направлению остается неизменным. В однородном магнитном поле, в случае произвольного направления вектора скорости, заряженная частица движется по спиральной линии, ось которой параллельна В[13. С. 365].