Альвен Ханнес Олоф Госта (1908 – 1995 гг.) – родился в Швеции, был членом Королевской академии наук в Стокгольме. Занимался физикой и астрофизикой.
Основные достижения ученого
Основными работами ученого в области астрофизики можно считать работы по космической электродинамике.
В 1937 году Х. Альвен предположил о существовании слабого магнитного поля, которое пронизывает все пространство Галактики.
Ученый описал механизм ускорения космических лучей при помощи магнитного поля. В настоящее время наличие магнитного поля в галактическом пространстве не подвергается сомнению. Наличие данного поля объясняет изотопию космических лучей, которые наблюдают на Земле. Магнитное поле галактики удерживает эти лучи внутри Галактики.
В своих работах Х. Альвен рассмотрел механизм ускорения космических лучей. Он считал, что большая часть из них (кроме лучей с очень высокими энергиями) получают ускорение около Солнца, в солнечном ветре, при помощи магнитной накачки в переменных магнитных полях.
В 1939 г. ученый успешно занимался созданием теории магнитных бурь и северного сияния. При объяснении этих явлений Альвен основывался на предложенной им же теории «вмороженных» в плазму полей.
На основании своей концепции о плазме в 1942 г. Альвен доказал существование гидромагнитных волн (альвеновские волны).
Альвен объяснил равновесие солнечных пятен наличием магнитных полей (1943 г).
Применяя теорию «вмороженных» магнитных полей Альвен объяснил распределение момента количества движения в солнечной системе, что разрешает одну из самых острых проблем в объяснении образования солнечной системы. Ученый объяснил, что перенос момента количества движения наружу реализуется при помощи магнитного поля, при этом осуществляется взаимодействие магнитного поля Солнца и заряженных частиц в облаке, из которого были образованы планеты и спутники.
В 1950 году Х. Альвен выступил со своей теорией образования магнитных полей у Солнца и планет.
Х. Альвен осуществлял руководство работами в области моделирования процессов взаимодействия магнитосферы Земли и солнечного ветра.
Он сформулировал несколько гипотез, которые объясняли процессы образования протуберанцев, солнечных пятен, выбросы облаков газа.
Совместно с Н. Герлофсоном Х. Альвен предложил теорию излучения радиоисточников.
Ученый работал над идеей коллективного метода ускорения частиц, делал попытки ускорить положительно заряженные ионы, вводя их внутрь систем электронов.
Своими работами Х. Альвен основал космическую электродинамику, как новую отрасль астрофизики. Он сделал огромный вклад в развитие концепции электромагнитных полей в галактическом пространстве и их влиянии на перемещение заряженных частиц.
Работы Ханнеса Альвена в области магнитной гидродинамики были высоко оценены научным сообществом, и ученый стал Нобелевским лауреатом в 1970 году.
Космическая электродинамика
Известному шведскому физику Х. Альвену принадлежит главная заслуга в разработке космической электродинамики как физической дисциплины.
Классическая электродинамика применима только к некоторым частным проблемам космической физики. Более общие приложения стали возможны, когда классическая электродинамика объединилась с гидродинамикой, тогда возникла магнитная гидродинамика. Соединение магнитной гидродинамики с физикой плазмы позволила глубже понять электромагнитные явления в космической физике.
В физике космоса электромагнитные явления имеют фундаментальное значение. Так, в недрах Земли протекают электромагнитные процессы, создающие общее магнитное поле нашей планеты. Это магнитное поле изменяют электрические токи, текущие в ионосфере планеты. Данные изменения проявляются во время магнитных бурь. Токи ионосферы – причина полярных сияний. Все эти процессы связаны с электромагнитными процессами, текущими на больших высотах над Землей.
Электромагнитные процессы и явления в космической физике занимают важное место, так как в космическом пространстве имеются магнитные поля, которые оказывают воздействие на движение заряженных частиц. В некоторых условиях электромагнитные силы существенно превышают гравитационные.
Так, для ионизированного вещества межпланетные и межзвездные поля гораздо более существенны, чем гравитационные:
$\frac{F_m}{F_g}\approx{}{10}^7\left(1\right)$, где:
- $F_m$ – магнитная сила, действующая на однократно ионизированный ион вблизи орбиты Земли;
- $ F_g $ – сила гравитации, действующая на тот же ион.
Перемещение ионизированного облака в магнитном поле ведет к разделению ионов и электронов, при этом появляется поляризация, которая в свою очередь создает электрическое поле, препятствующее разделению зарядов. В некоторых условиях электрическое поле создает токи в окружающей проводящей среде.
В космических условиях электромагнитные поля и перемещения заряженных частиц связаны. Данная связь ведет к сложным магнитодинамическим явлениям, которые рассматривает космическая электродинамика. Предполагается, что электромагнитные явления играли решающую роль в формировании солнечной системы.
В том случае, если проводящую электричество среду считать ионизированным газом (плазмой), то тепловое движение отдельных частиц ведет к целому ряду важных явлений и процессов таких как:
- диамагнетизм;
- амбиполярная диффузия;
- тепловая самофокусировочная и параметрическая неустойчивость плазмы;
- уширение частотных резонансов при тепловом взаимодействии высокочастотного поля с плазмой, и т.д.
Перечисленные выше явления выходят за рамки магнитной гидродинамики и рассматриваются с позиций физики плазмы.
Считают, что понятие «плазма» ввел Ленгмюр, обозначая состояние положительного столба электрических зарядов в газах. Сейчас этот термин применяется в качестве синонима к словосочетанию «ионизированный газ».
Свойства плазмы крайне интересны для космической физики, так как наибольшая часть вещества во вселенной пребывает в состоянии плазмы. В недрах звезд газ практически полностью ионизирован. В фотосфере Солнца (и других звезд) степень ионизации небольшая, выше, в хроносфере и короне она приближается к 100%. Сильно ионизированными являются большие области пространства вокруг звезд. На солнце и в межпланетном пространстве плазма ионизирована магнитными полями. Поэтому ясно, почему астрофизиков в основном интересует то, как ведет себя плазма в магнитном поле.
