Плазменная астрофизика

2019/2020

Учебный год

RUS

Обучение ведется на русском языке

5

Кредиты

Кто читает:

Базовая кафедра физики космоса Института космических исследований РАН

Статус:

Курс по выбору

Когда читается:

1-й курс, 1, 2 модуль

Преподаватель

Садовский Андрей Михайлович

Программа дисциплины

Аннотация

Целями освоения дисциплины "Плазменная астрофизика" являются: • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических концепций в области космической физики плазмы и плазменной астрофизики; • развитие умений, основанных на полученных теоретических знаниях, позволяющих на творческом уровне создавать и применять физические модели для исследования свойств и моделирования процессов в физике космоса; • получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы, предполагающей изучение специфических алгоритмов, инструментов и средств, необходимых для решения задач плазменной астрофизики; • получение практических навыков использования данных современных космических экспериментов для решения задач плазменной астрофизики.

Цель освоения дисциплины

• Целями освоения дисциплины "Плазменная астрофизика" являются: • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных теоретических концепций в области космической физики плазмы и плазменной астрофизики; • развитие умений, основанных на полученных теоретических знаниях, позволяющих на творческом уровне создавать и применять физические модели для исследования свойств и моделирования процессов в физике космоса; • получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы, предполагающей изучение специфических алгоритмов, инструментов и средств, необходимых для решения задач плазменной астрофизики; • получение практических навыков использования данных современных космических экспериментов для решения задач плазменной астрофизики.

Планируемые результаты обучения

• развивает на основе полученных теоретических знаний основные гидродинамические и кинетические модели, описывающие развитие плазменных процессов на Солнце, в солнечном ветре, магнитосфере и ионосфере Земли
• знакомится с с современной научной литературой под данному вопросу и культурой постановки и моделирования задач плазменной астрофизики
• Знакомится с навыками теоретического анализа реальных задач в различных областях космического пространства

Содержание учебной дисциплины

• Введение в плазменную астрофизику. Строение Солнца
  Введение в предмет, описание процессов, временных и пространственных масштабов. Иерархия и взаимосвязь процессов в плазменной астрофизике, указание на их эволюционность. Структурированность и сложность описываемых систем. Строение Солнца, стандартная модель.
• Усиление и генерация магнитного поля (гидромагнитное динамо).
  Изучение механизма усиления или поддержания стационарного или колебательно состояния магнитного поля гидродинамическими движениями плазмы обычно в присутствии конечной диссипации. Модель среднего поля. Описание моделей динамо.
• Магнитоконвекция. Магнитная плавучесть. Неустойчивость Паркера.
  Изучение основных процессов переноса магнитного поля и неустойчивостей, связанных с этими процессами. Модели конвекции.
• Пересоединение. Модели Паркера-Свита и Петчека.
  Равновесие плазмы в плоском нейтральном слое. Модель Харриса. Изучение механизмов изменения топологии магнитного поля и диссипации плазмы. Основные модели быстрой диссипации. Равновесие плазмы в нейтральных слоях.
• Введение в тирингнеустойчивость.
  Изучение механизма разрушения плоских нейтральных слоев. Рассмотрение механизмов изучения неустойчивостей космической плазмы на примере тирингнеустойчивости.
• Механизмы излучения плазмы.
  Рассмотрение основных процессов излучения и переноса излучения в плазме, в частности, таких тормозного излучения; синхротронного излучения; комптоновского рассеяния
• Ускорение частиц в плазме.
  Рассматриваются основные процессы ускорения частиц. Бетатронное ускорение, ускорение Ферми 1-го и 2-го рода, ускорение на ударных волнах. Спектр ускоренных частиц.
• Тепловой баланс в солнечной короне. Солнечный ветер
  Изучение моделей корональных петель — основных строительных блоков короны и корональных структур. Изучение процессов переноса вдоль магнитного поля, которые полностью определяют давление и температуру петли. Модель Паркера солнечного ветра.
• Строение магнитосферы Земли. Сравнение планетных магнитосфер.
  Изучение магнитосферы Земли как системы, накапливающей энергию солнечного ветра. Модели магнитосферы. Описание механизма возникновения магнитных бурь и суббурь. Рассмотрение примеров магнитосфер других планет.
• Строение и короны аккреционных дисков
  Эддингтоновский предел, модель тонкого диска. Роль магнитного поля в динамике диска, корона аккреционного диска и спектр излучения диска и короны. Аккреционные диски черных дыр.
• Магнитосферы нейтронных звезд.
  Пульсары, время жизни пульсара. Магнитосферы пульсаров и аккреция на пульсар. Модель Голдрайха-Джулиана, ускорения частиц, изгибное излучение
• Космические лучи
  Модели рождения и распространения космических лучей, их состав. Широкие атмосферные линии. Диффузия космических лучей

Элементы контроля

• Экзамен
  экзамен в конце 2-го модуля. Проводится в устной форме. Экзамен состоит из двух частей: • теоретической, проводится в форме устной беседы по тематике дисциплины (60 мин.) в рамках вопросов билета; • в билете на экзамене содержатся 2 устных вопроса. Задача отсутствует
• Домашнее задание

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (2 модуль)
  Итоговый контроль: экзамен в конце 2-го модуля. Проводится в устной форме. Экзамен состоит из двух частей: • теоретической, проводится в форме устной беседы по тематике дисциплины (60 мин.) в рамках вопросов билета; • в билете на экзамене содержатся 2 устных вопроса. Задача отсутствует. Итоговая оценка складывается из оценок за экзамен и посещаемость занятий: 0.5X+0.5Y, где X - оценка за первый вопрос, Y – оценка за второй вопрос (все по 10-балльной шкале).

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Общая астрофизика, Засов, А. В., 2016

Рекомендуемая дополнительная литература

• ГРИГОРЯН САМВЕЛ САМВЕЛОВИЧ. (2015). О Природе «Чёрных Дыр», «Тёмной Материи» И Динамике Вселенной. Пространство и Время, (3 (21)). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.16077960
• Тихомиров, В. В. (2010). Ядерная астрофизика. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.FECF887C