АЛЬВЕНОВСКИЕ ВОЛНЫ

Альвеновские волны - АЛЬВЕНОВСКИЕ ВОЛНЫ - поперечные магнитогидродинамические волны, распространяющиеся вдоль силовых линий магн. поля. Названы в честь швед. астрофизика X. Альвена, предсказавшего в 1942 г. их существование. В А. в. в колебаниях участвует не только эл.-магн. поле, но и частицы проводящей среды, т. е. А. в. возможны лишь при наличии магн. поля и проводящей среды, ведущей себя как единая жидкость или газ. Последнее условие нарушается, если частота колебаний среды w становится сравнимой или превосходит ионную циклотронную частоту wHi, т. к. при таких частотах поведение ионов и свободных электронов среды оказывается различным. Т. о., частоты А. в. ограничены сверху значением wHi, и в этом смысле их можно назвать низкочастотными. Для того чтобы магн. поле А. в. не очень быстро затухало, среда должна обладать достаточно высокой проводимостью s. Характерное время затухания магн. поля в масштабах порядка длины волны l, равное t0 = 4psl2/с2 (см. Магнитогидродинамика), должно быть много больше периода колебаний Р = 2p/w = l/vA (vA - скорость А. в.). При этом магн. силовые линии колеблются вместе со средой ("вмороженность" силовых линий). Колебания среды также должны затухать не очень быстро. Для этого её кинематическая вязкость v должна быть достаточно малой (время вязкого затухания колебаний с масштабом ~l порядка l2/v). Условие малости затухания А. в. за счёт этих двух эффектов можно записать в виде или , где vM= с2/4ps - т. н. магнитная вязкость. Видно, что неравенство лучше выполняется для низких частот (больших длин волн), и по этой причине оно легче реализуется в космич. масштабах, чем в лабораторных условиях. Для иллюстрации сущности А. в. часто прибегают к аналогии между вмороженными в среду силовыми линиями маги. поля Н и натянутыми струнами или резиновыми жгутами. Вдоль силовой линии поля, так же как и вдоль струны, может распространяться поперечная волна. Скорость v распространения волн по струне с натяжением T и плотностью r определяется соотношением . Поскольку натяжение Т силовых линий пропорционально квадрату напряжённости магн. поля, Т = H2/4p, скорость распространения А. в. (т. н. альвеновская скорость), где p - плотность колеблющейся среды. Поля, токи и силы, возникающие при смещении элемента 2 проводящей среды поперек магнитного поля; Н - исходное (невозмущённое) магн. поле, J - индуцированные токи, h - магнитное поле токов J, F = [J, Н]/ с - магнитная сила. Сила F2 стремится вернуть элемент 2 в исходное положение, а силы F1 и F3 смещают элементы среды 1 и 3 поперёк Н. Возмущение распространяется со скоростью vA вдоль Н в обе стороны. Более детально процесс распространения А. в. выглядит след. обр. При смещении элемента проводящей среды поперёк поля Н в нём индуцируется ток плотностью J. Ток генерирует собственное магн. поле h, к-рое, складываясь с исходным полем Н, вызывает искривление поля. Силовые линии изгибаются подобно колеблющейся струне (см. рис.). По правилу Ленца J имеет такое направление, что возникающая сила F = [JH]/c, действуя на смещённый элемент, препятствует дальнейшему его смещению и стремится вернуть элемент в первоначальное положение (аналогично натяжению струны). Замыкаясь через соседние элементы среды, токи текут в них в противоположных направлениях, и сила F, приложенная к этим элементам, смещает их поперёк поля Н. Смещённый из положения равновесия элемент сначала останавливается, затем возвращается в исходное положение, а соседние элементы среды приходят в движение и т. д. Как и в случае однородных струн, волна распространяется, сохраняя свою форму (если затухание пренебрежимо мало). А. в. не создают возмущений плотности среды r. А. в. можно рассматривать как замедленные поперечные эл.-магн. волны. Учёт токов смещения приводит к следующему выражению для скорости А. в.: , что при достаточно больших r совпадает с . При очень малых r А. в. плавно переходят в обычные эл.-магн. волны в вакууме. При этом их скорость, как видно из приведённого выражения, становится равной скорости света с. Возникнув в результате, напр., конвективных движений проводящей среды в нек-рой области и затухая в др. месте, А. в. способны осуществлять обмен энергией между удаленными областями космич. пространства. При определённых условиях энергия А. и. может переходить в др. виды энергии, напр. в тепловую (вязкое затухание, джоулева диссипация), в энергию ускоренных частиц (Ландау затухание), в энергию др. видов волн. Особый интерес для астрофизики представляет тот факт, что собственное поле волны h может значительно превосходить исходное поле Н. Т. о., А. в. способны усиливать магн. поле и переносить его на большие расстояния. По совр. представлениям, А. в. играют значит. роль в процессах, происходящих в магнитосферах Земли н планет, межпланетной плазме, явлениях на Солнце, в радиогалактиках и др. Лит.: Альвен Г., Фельтхаммар К. - Г., Космическая электродинамика, пер. с англ., 2 изд., М., 1967 Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 1966 (Р.3. Дурлевич)