Плазменно-пылевые процессы в окрестностях комет

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Рұқсат ақылы немесе тек жазылушылар үшін

Аннотация

Приведено описание плазменно-пылевых процессов в окрестностях комет. Показано, что они могут проявлять себя в ситуациях, когда комета находится достаточно далеко от Солнца. Кроме того, плазменно-пылевые процессы могут оказывать существенное влияние на формирование головной ударной волны в результате взаимодействия комы кометы с солнечным ветром. Продемонстрировано, что для кометы с параметрами ядра, близкими к параметрам ядра кометы Галлея, пылевая плазма в окрестности ядра образуется за счет электростатических взаимодействий, т. е. аналогично образованию пылевой плазмы вблизи других безатмосферных космических тел, таких как Меркурий, Луна, спутники Марса и др., при условии, что расстояние от кометы до Солнца составляет не менее ~2.5–3.5 а. е. Напротив, если комета находится ближе к Солнцу, динамика пылевых частиц определяется интенсивностью газового потока из ядра кометы. Рассмотрена роль плазменно-пылевых процессов при формировании головной ударной волны. Оказывается, что для кометы с ядром радиуса порядка 1 км и относительно плотной пылевой комой важную роль в формировании головной ударной волны может играть аномальная диссипация, связанная с процессом зарядки пылевых частиц. По-видимому, природа такой головной ударной волны аналогична природе пылевых ионно-звуковых ударных волн.

Авторлар туралы

S. Popel

Institute of Space Research of the Russian Academy of Sciences

Email: popel@cosmos.ru
Moscow, Russia

A. Golub'

Institute of Space Research of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

L. Zelenyi

Institute of Space Research of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russia

Әдебиет тізімі

  1. Голубь А.П., Попель С.И. Нестационарные процессы при формировании пылевой плазмы у поверхности Фобоса // Письма в ЖЭТФ. 2021а. Т. 113. № 7. С. 440–445. https://doi.org/10.31857/S1234567821070028
  2. Голубь А.П., Попель С.И. Нестационарные процессы при формировании пылевой плазмы у поверхности спутника Марса – Деймоса // Физика плазмы. 2021б. Т. 47. № 8. С. 741–747. https://doi.org/10.31857/S0367292121070088
  3. Зеленый Л.М., Попель С.И., Захаров А.В. Пылевая плазма на Луне. Проблемы моделирования и измерений // Физика плазмы. 2020. Т. 46. № 5. С. 441–455. https://doi.org/10.31857/S0367292120050108
  4. Зеленый Л.М., Захаров А.В., Попель С.И., Кузнецов И.А., Розенфельд Е.В. Физические процессы формирования и особенности плазменно-пылевой экзосферы Луны // УФН. 2024. Т. 194. № 6. С. 569–599. https://doi.org/10.3367/UFNr.2023.09.039567
  5. Клумов Б.А., Морфилл Г.Е., Попель С.И. Формирование структур в запыленной ионосфере // ЖЭТФ. 2005. Т. 127. № 1. С. 171–185.
  6. Нефедов А.П., Петров О.Ф., Фортов В.Е. Кристаллические структуры в плазме с сильным взаимодействием макрочастиц // УФН. 1997. Т. 167. № 11. С. 1215–1226. https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199711e.1215
  7. Попель С.И., Голубь А.П., Лосева Т.В. Пылевые ионно-звуковые ударно-волновые структуры: теория и лабораторные эксперименты // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 74. № 7. С. 396–401.
  8. Попель С.И. Лекции по физике пылевой плазмы. М.: МФТИ, 2012. 160 с.
  9. Попель С.И., Копнин С.И., Голубь А.П., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Извекова Ю.Н. Пылевая плазма у поверхности Луны // Астрон. вестн. 2013. Т. 47. № 6. С. 455–466. https://doi.org/10.7868/S0320930X13060078
  10. (Popel S.I., Kopnin S.I., Golub' A.P., Dol'nikov G.G., Zakharov A.V., Zelenyi L.M., Izvekova Yu.N. Dusty plasma at the surface of the Moon // Sol. Syst. Res. 2013. V. 47. № 6. P. 419–429. https://doi.org/10.1134/S0038094613060063)
  11. Попель С.И., Голубь А.П., Извекова Ю.Н., Афонин В.В., Дольников Г.Г., Захаров А.В., Зеленый Л.М., Лисин Е.А., Петров О.Ф. К вопросу о распределениях фотоэлектронов над освещенной частью Луны // Письма в ЖЭТФ. 2014. Т. 99. № 3. С. 131–137. https://doi.org/10.7868/S0370274X14030011
  12. Попель С.И. Пыль и пылевая плазма в Солнечной системе // Природа. 2015. № 9. С. 48–56.
  13. Попель С.И., Голубь А.П. К вопросу об аномальной диссипации в плазме запыленной экзосферы Луны // Письма в ЖЭТФ. 2022. Т. 115. № 10. С. 629–635. https://doi.org/10.31857/S1234567822100056
  14. Попель С.И., Голубь А.П., Зеленый Л.М. К вопросу о плазменно-пылевых процессах в физике комет // Письма в ЖЭТФ. 2024. Т. 120. № 5. С. 317–325. https://doi.org/10.31857/S0370274X24090019
  15. Стояновская О.П., Окладников Ф.А., Воробьев Э.И., Павлюченков Я.Н., Акимкин В.В. Расчет динамики газопылевых околозвездных дисков: выход за пределы режима Эпштейна // Астрон. журн. 2020. T. 97. № 2. С. 91–110. https://doi.org/10.31857/S0004629920010077
  16. Фортов В.Е., Храпак А.Г., Храпак С.А., Молотков В.И., Петров О.Ф. Пылевая плазма // УФН. 2004. Т. 174. № 5. С. 495–544. https://doi.org/10.3367/UFNr.0174.200405b.0495
  17. Фортов В.Е., Батурин Ю.М., Морфилл Г.О., Петров О.Ф. Плазменный кристалл, Космические эксперименты. М.: Физматлит, 2015. 272 с.
  18. Цытович В.Н. Плазменно-пылевые кристаллы, капли и облака // УФН. 1997. Т. 167. № 1. С. 57–99. https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199701e.0057
  19. Цытович В.Н., Винтер Дж. Пыль в установках управляемого термоядерного синтеза // УФН. 1998. Т. 168. № 8. С. 899–907. https://doi.org/10.3367/UFNr.0168.199808e.0899
  20. Bouchoule A. (Ed.). Dusty plasmas: physics, chemistry and technological impacts in plasma processing. New York: John Wiley and Sons Inc., 1999. 408 p.
  21. Brownlee D.E. The Stardust comet mission: Studying sediments from the Solar System's frozen attic // Elements. 2012. V. 8. № 5. P. 327–328.
  22. Divine N., Fechtig H., Gombosi T.I., Hanner M.S., Keller H., Larson S., Mendis D., Newburn R., Reinhard R., Sekanina Z., Yeomans D. The comet Halley dust and gas environment // Space Sci. Rev. 1986. V. 43. № 1. P. 1–104. https://doi.org/10.1007/BF00175326
  23. Fortov V.E., Ivlev A.V., Khrapak S.A., Khrapak A.G., Morfill G.E. Complex (dusty) plasmas: Current status, open issues, perspectives // Phys. Reports. 2005. V. 421. № 1–2. P. 1–103. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2005.08.007
  24. Galeev A.A., Cravens T.E., Gombosi T.I. Solar wind stagnation near comets // Astrophys. J. 1985. V. 289. P. 807–819. https://doi.org/10.1086/162945
  25. Grard R.J.L., Tunaley J.K.E. Photoelectron sheath near a planetary probe in interplanetary space // J. Geophys. Res. 1971. V. 76. P. 2498–2505. https://doi.org/10.1029/JA076i010p02498
  26. Grün E., Gustafson B.A.S., Dermott S., Fechtig H. (Eds). Interplanetary Dust. Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag, 2001. 804 p.
  27. He J., Cui B., Dong C., Yang L., Duan D., Hou C., Zong Q., Zhang L., Bale S.D., Ip W.-H., and 8 co-authors. The encounter of the Parker Solar Probe and a comet-like object near the Sun: Model predictions and measurements // Astrophys. J. 2021. V. 910. Id. 7. https://doi.org/10.3847/1538-4357/abdf4a
  28. Houpis H.L.F., Mendis D.A. On the development and global oscillations of cometary ionospheres // Astrophys. J. 1981. V. 243. P. 1088–1102. https://doi.org/10.1086/158673
  29. Ip W.-H., Axford W.I. The formation of a magnetic-field-free cavity at comet Halley // Nature. 1987. V. 325. P. 418–419. https://doi.org/10.1038/325418a0
  30. Luo Q.Z., D’Angelo N., Merlino R.L. Experimental study of shock formation in a dusty plasma // Phys. Plasmas. 1999. V. 6. № 9. P. 3455–3458. https://doi.org/10.1063/1.873605
  31. Mann I., Krivov A., Kimura H. Dust cloud near the Sun // Icarus. 2000. V. 146. № 2. P. 568–582. https://doi.org/10.1006/icar.2000.6419
  32. Mazets E.P., Sagdeev R.Z., Aptekar R.L., Golenetskii S.V., Guryan Y.A., Dyatchkov A.V., Ilyinskii V.N., Panov V.N., Petrov G.G., Savvin A.V., and 5 co-authors. Dust in comet P/Halley from Vega observations // Astron. and Astrophys. 1987. V. 187. P. 699–706. https://doi.org/10.1007/978-3-642-82971-0_124
  33. Merlino R.L., Goree J.A. Dusty plasmas in the laboratory, industry, and space // Phys. Today. 2004. V. 57. № 7. P. 32–39. https://doi.org/10.1063/1.1784300
  34. Mishra S.K., Bhardwaj A. Photoelectron sheath on lunar sunlit regolith and dust levitation // Astrophys. J. 2019. V. 884. № 1. Id. 5. https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab3e08
  35. Nakamura Y., Bailung H., Shukla P.K. Observation of ion-acoustic shocks in a dusty plasma // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. № 8. P. 1602–1605. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.83.1602
  36. Nordheim T.A., Jones G.H., Halekas J.S., Roussos E., Coates A.J. Surface charging and electrostatic dust acceleration at the nucleus of comet 67P during periods of low activity // Planet and Space Sci. 2015. V. 119. P. 24–35. https://doi.org/10.1016/j.pss.2015.08.008
  37. Ostrikov K. Reactive plasmas as a versatile nanofabrication tool // Rev. Mod. Phys. 2005. V. 77. № 2. P. 489–511. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.77.489
  38. Popel S.I., Yu M.Y., Tsytovich V.N. Shock waves in plasmas containing variable-charge impurities // Phys. Plasmas. 1996. V. 3. № 12. P. 4313–4315 https://doi.org/10.1063/1.872048
  39. Popel S.I., Gisko A.A., Golub’ A.P., Losseva T.V., Bingham R., Shukla P.K. Shock waves in charge-varying dusty plasmas and the effect of electromagnetic radiation // Phys. Plasmas. 2000. V. 7. № 6. P. 2410–2416. https://doi.org/10.1063/1.874079
  40. Popel S.I., Morfill G.E. Nonlinear wave structures in complex plasmas: theory and experiments // Ukr. J. Phys. 2005. V. 50. № 2. P. 161–170.
  41. Popel S.I., Gisko A.A. Charged dust and shock phenomena in the Solar System // Nonlinear Processes in Geophysics. 2006. V. 13. P. 223–229 https://doi.org/10.5194/npg-13-223-2006
  42. Popel S.I., Kopnin S.I., Yu M.Y., Ma J.X., Huang F. The effect of microscopic charged particulates in space weather // J. Phys. D: Applied Phys. 2011. V. 44. Id. 174036. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/17/174036
  43. Popel S.I., Golub' A.P., Zelenyi L.M., Dubinskii A.Yu. Lunar dust and dusty plasmas: Recent developments, advances, and unsolved problems // Planet. and Space Sci. 2018. V. 156. P. 71–84. https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.02.010
  44. Popel S.I., Golub' A.P., Zelenyi L.M. Dusty plasmas above the sunlit surface of Mercury // Phys. Plasmas. 2023. V. 30. № 4. Id. 043701. https://doi.org/10.1063/5.0142936
  45. Poulet F., Lucchetti A., Bibring J.-P., Carter J., Gondet B., Jorda L., Langevin Y., Pilorget C., Capanna C., Cremonese G. Origin of the local structures at the Philae landing site and possible implications on the formation and evolution of 67P/Churyumov-Gerasimenko // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2016. V. 462. № Suppl. 1. P. S23–S32. https://doi.org/10.1093/mnras/stw1959
  46. Rickman H. Composition and physical properties of comets // Solar System Ices / Eds: Schmitt B., de Bergh C., Festou M. Dordrecht: Kluwer, 1998. P. 395–417.
  47. Shukla P.K., Mamun A.A. Introduction to dusty plasmas physics. Bristol: IOP Publishing, 2002. 265 p.
  48. Schmitt-Ott A., Schurtenberger P., Siegmann H.C. Enormous yield of photoelectrons from small particles // Phys. Rev. Lett. 1980. V. 45. № 15. P. 1284–1287. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.45.1284
  49. Tenishev V., Combi M.R., Rubin M. Numerical simulation of dust in a cometary coma: Application to comet 67P/Churyumov-Gerasimenko // Astrophys. J. 2011. V. 732. Id. 104. https://doi.org/10.1088/0004-637X/732/2/104
  50. Tsytovich V.N. One-dimensional self-organised structures in dusty plasmas // Austral. J. Phys. 1998. V. 51. № 5. P. 763–834. https://doi.org/10.1071/P98007
  51. Tsytovich V.N., Morfill G.E., Vladimirov S.V., Thomas H. Elementary physics of complex plasmas. Berlin: Springer-Verlag, 2008. 370 p.
  52. Vaisberg O.L., Smirnov V., Omelchenko A., Gorn L., Iovlev M. Spatial and mass distribution of low-mass dust particles (m less than 10 to the –10th g) in comet P/Halley's coma // Astron. and Astrophys. 1987. V. 187. P. 753–760.
  53. Vigren E., Eriksson A.I., Johansson F.L., Marschall R., Morooka M., Rubin M. A case for a small to negligible influence of dust charging on the ionization balance in the coma of Comet 67P // Planet. Sci. J. 2021. V. 2. Id. 156. https://doi.org/10.3847/PSJ/ac134f
  54. Vigren E., Eriksson A.I., Bergman S. On positively charged dust in the coma of comet 67P // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2022. V. 513. № 1. P. 536–540. https://doi.org/10.1093/mnras/stac869
  55. Vladimirov S.V., Ostrikov K. Dynamic self-organization phenomena in complex ionized gas systems: new paradigms and technological aspects // Phys. Reports. 2004. V. 393. № 3–6. P. 175–380. https://doi.org/10.1016/j.physrep.2003.12.003
  56. Vladimirov S.V., Ostrikov K., Samarian A.A. Physics and applications of complex plasmas. London: Imperial College Press, 2005. 500 p.
  57. Willis R.F., Anderegg M., Feuerbacher B., Fitton B. Photoemission and secondary electron emission from lunar surface material // Proc. 6th Eslab Symp. Noordwijk. “Photon and Particle Interactions with Surfaces in Space”, the Netherlands, 26–29 September, 1972. Astrophysics and Space Science Library. V. 37 / Eds: Grard R.J.L., Reidel D. Dordrecht: Springer, 1973. P. 389–401.
  58. Zakharov A.V., Popel S.I., Kuznetsov I.A., Borisov N.D., Rosenfeld E.V., Skorov Yu., Zelenyi L.M. Physical processes leading to surface erosion and dust particles dynamics of airless bodies // Phys. Plasmas. 2022. V. 29. № 11. Id. 110501. https://doi.org/10.1063/5.0117833

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2025