Ударные волны в оболочках звезд - Климишин И.А.
Скачать (прямая ссылка):
В 1965 г. в Баку во время одной из незабываемых встреч с ним С.А.Каплан
подсказал автору этих строк мысль - написать книгу, в которой были бы
проанализированы разработанные к тому времени методы расчета параметров
нестационарных ударных волн, а также эффективность их использования в
астрофизике. Благодаря всесторонней поддержке С.А.Каплана автором и была
подготовлена книга "Ударные волны в неоднородных средах", вышедшая в 1972
г. на украинском языке в издательстве Львовского университета. Книга была
благожелательно встречена читателями, и вскоре
С.А.Каплан предложил автору продолжить работу над ней с тем, чтобы
осуществить ее издание на русском языке, что было поддержано В.Г.Горбац-
ким и В.С.Имшенником. К сожалению, по многим причинам эта работа
затянулась на несколько лет. В частности, много времени ушло на то, чтобы
некоторые результаты, полученные ранее с помощью приближенных методов,
проверить путем строгого расчета на ЭВМ.
Несмотря на крайнюю занятость С.А. Каплана в последние годы его жизни,
автору все же удалось при двух встречах с ним и путем переписки
согласовать круг вопросов, подлежащих включению в эту книгу. Безусловно,
она значительно выиграла бы, если бы Самуил Аронович "прошелся по
рукописи рукой мэтра", как он это обещал сделать ...
По сравнению с ее первым вариантом 1972 г. книга написана практически
заново. Так как автор не является специалистом по численным методам
решения уравнений газодинамики, то с разрешения издательства к работе над
четвертой главой был привлечен А.Г.Косовичев.
Огромную и всестороннюю помощь в процессе работы над рукописью этой книги
автор получил от Р.Е.Гершберга, В.Г.Горбацкого, Э.К.Грасбер-га,
В.С.Имшенника, А.Г.Косовичева, рецензента Г.С.Бисноватого-Когана и
особенно ее редактора Д.К.Надежина. Часть приведенных в книге расчетов
выполнена Б.И.Гнатыком, который оказал автору помощь и в изготовлении
иллюстраций. Всем им автор выражает свою искреннюю благодарность.
г. Ивано-Франковск, март 1983 г.
4
ВВЕДЕНИЕ
Формы движения вещества в атмосферах Земли и планет, в оболочках Солнца и
других звезд, в межпланетном и межзвездном пространстве весьма
разнообразны. Это и регулярное движение вещества звездных атмосфер
относительно некоторого среднего положения равновесия (пульсации), и
движение газа в поле тяжести при наличии определенного градиента
температуры (конвекция), и хаотические движения газовых масс
(турбулентность) . В звездных атмосферах происходят и другие типы
движений - от акустических волн широкого диапазона частот до
сверхзвуковых движений газа, энергия которых часто превышает энергию
гравитационного взаимодействия газа с основной массой звезды.
Для каждого типа движения разработан соответствующий подход, разработаны
определенные методы анализа, математический аппарат. Например, задача о
пульсациях - это проблема собственных значений с дискретным спектром,
связанная с полным набором соответствующих им ортогональных собственных
функций. Турбулентное движение подчиняется определенным статистическим
закономерностям, в частности, оно описывается так называемыми
корреляционными, структурными и спектральными функциями.
Важным разделом космической газодинамики, изучающей движение вещества в
атмосферах планет, звезд и в межпланетном пространстве, является теория
ударных волн - движущихся со сверхзвуковыми скоростями разрывов
параметров, которыми описываются свойства этого вещества. Возможная роль
ударных волн как весьма эффективного механизма переноса энергии из
глубоких недр звезды наружу при вспышках новых звезд была впервые
рассмотрена в 1946 г. А.И. Лебединским (СССР), Э.Шацма-ном (Франция) и
С.Росселандом (Норвегия). Вскоре после этого теория ударных волн была
использована для объяснения особенностей спектров некоторых типов
пульсирующих переменных звезд (RR Лиры, RV Тельца, Миры Кита и др.), при
обсуждении проблемы нагрева солнечной хромосферы и короны, при
интерпретации явления сверхновой и т.д. Сегодня решение целого ряда задач
астрономии - от установления формы газовой оболочки Земли под действием
солнечного ветра до поздних стадий эволюции звезд и образования
нейтронных звезд - без привлечения теории ударных волн вообще немыслимо.
К настоящему времени теория ударных волн разработана уже в достаточно
полной степени. Основные же соотношения, выполняющиеся на фронте ударной
волны, были сформулированы более ста лет назад. Это законы сохранения
массы, импульса и энергии, из которых по заданной величине скорости
ударной волны определяются скачки давления, плотности и температуры на
фронте волны.
Однако ударная волна, движущаяся в неоднородной среде, будь то атмосфера
Земли, Солнца или любой другой звезды, является нестацио-
5
н а р н о й: в процессе движения волны ее скорость (и связанные с ней
давление и температура за фронтом) непрерывно изменяются. Эта
нестационар-ность обусловлена неоднородностью среды, а также потерями
энергии волны на нагрев газа, на ионизацию, высвечивание и другие
