Физика плазмы космического пространства Елизавета Евгеньевна Антонова

Лекция 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ФОРМУЛУ САХА ИОНОСФЕРА ЗЕМЛИ

Плазма в солнечной системе

Солнечный протуберанец

Магнитосфера Земли

Полярные сияния

Система заряженных частиц называется плазмой, если свойства этой системы в значительной степени определяются коллективным взаимодействием частиц с самосогласованными электрическими и магнитными полями.

Харатекрные пространственный и временной масштабы разделения зарядов в плазме, находящейся вблизи термодинамического равновесия, дебаевский радиус и плазменная частота T – температура (в единицах энергии m– масса электрона, m i – масса иона

Число частиц в дебаевской сфере Плазма называется идеальной, если N D >>1 Вырожденная плазма: >> Параметр вырождения - энергия Ферми- невырожденная плазма

Степень ионизации плазмы ионизация электронным ударом Ионизация излучением Каждому из процессов ионизации отвечает обратный процесс – рекомбинация.

Формула Саха В состоянии термодинамического равновесия концентрация заряженных частиц для идеальной плазмы

Квазиклассический вывод формулы Саха

Число электронов в континууме в интервале импульсов (p, p+dp) - статвес основного состояния атома, I – энергия ионизации атома E – энергия электрона, отсчитанная от основного состояния атома, - статвес континуума (число квантовых ячеек в объеме фазового пространства dpdr, равное в силу принципа неопределнности Гайзенберга ) - статвес электрона - Статвес основного состояния иона - число невозбужденных атомов

Полное число электронов в континууме в изотропном случае dr – объем, приходящийся на один электрон

Если отсутствуют двукратно заряженные ионы и газ пространственно однороден, в среднем на один электрон приходится такой же объем, как и на ион:

Формула Эльверта В разреженной плазме часто реализуется случай открытых систем, когда излучение свободно выходит из плазмы (ионизация осуществляется, в основном, при соударениях электронов с атомами, рекомбинация – в основном, с излучением)

Структура верхней атмосферы и ионосферы

Ионизация и рекомбинация в ионосфере

Ионосферные слои D : h~50-90 км, n e ~ см -3, основные ионы NO +, и др. E (динамо-слой): h~ км, n e ~ 10 5 см -3, основные ионы NO +,, F: F 1 на h~ км; F 2 на h>250 км, max концентрация n e ~10 6 см -3 на h~300 км, основные ионы O +, N +

В слое ЕQ – скорость ионизации, L – скорость рекомбинации. Радиативная рекомбинация O + +e O+h, N + +e N+h ( ~ см 3 /с) Диссоциативная рекомбинация Перезарядка ион-атом

В слое E и нижней части слоя F где В верхней части области F 1 и в F 2 Протоносфера h~700 км и выше, доминируют ионы H +. Реакция перезарядки