Ударные волны в оболочках звезд - Климишин И.А.
Скачать (прямая ссылка):
1) При начальных значениях параметров газа - 1014 -г Ю17 см"3 и Г] =
1000-^2000 К процессы диссоциации за фронтом ударной волны происходят при
скорости фронта D = 10-^25 км/с, полная диссоциация наступает при D ^ 25
км/с.
2) При Ni = 1014 -г Ю17 см"3 и 7", = 1000-^8000 К ионизация
водоро-
да за фронтом ударной волны происходит при скоростях D ^ 25 -^-70 км/с,
полная ионизация наступает при D ^ 70 км/с.
3) Величина наибольшего сжатия за фронтом ударной волны заключена в
пределах 10-20, в зависимости от начальных условий; наибольшее сжатие,
обусловленное процессами диссоциации, достигается при D ^ 20 км/с,
процессами ионизации - при D % 60 км/с.
4) При заданной начальной температуре величина сжатия за фронтом ударной
волны с увеличением плотности уменьшается.
5) С увеличением скорости ударной волны скачок давления на
фронте
растет быстрее, чем в случае q = 0.
Как показал анализ механизма ударного сжатия, между двумя
термодинамически равновесными состояниями газа - "перед" и "за" фронтом
ударной волны -существует переходный слой, в котором параметры газа
испытывают изменения, а само термодинамическое равновесие может
нарушаться. Ширина этого переходного слоя (толщина фронта ударной волны
или вязкого скачка) обусловлена диссипативными процессами (вязкостью и
теплопроводностью), в результате которых происходит необратимое
превращение механической энергии в тепловую и, как его следствие, резкое
Pi
§ 10. Структура ударной волны умеренной интенсивности
55
увеличение температуры частиц. Протяженность вязкого скачка равна
нескольким длинам пробега частицы.
Однако по мере роста амплитуды ударной волны (ее скорости) все большую
роль в формировании структуры волны начинает играть поток излучения с
фронта волны, прогревающий и ионизующий впереди лежащий газ. Благодаря
этому перед фронтом ударной волны образуется зона прогрева. В этом случае
ширина фронта ударной волны определяется уже длиной пробега излучения -
величиной, которая существенно превышает длину пробега частицы. Более
того, в вязком скачке происходит нагрев лишь тяжелых частиц, поэтому за
вязким скачком имеет место релаксация внутренних степеней свободы -
происходит выравнивание электронной и ионной температурь*, далее -
ионизация и обратные процессы рекомбинации, уплотнение и охлаждение
вещества благодаря высвечиванию энергии.
Задача о структуре ударной волны представляет интерес не только по
теоретическим соображениям. Ее решение необходимо для правильной
интерпретации наблюдений многих типов пульсирующих переменных звезд.
Прогревная зона, образующаяся перед фронтом сильной ударной волны,
задерживает излучение самого фронта, и на бесконечность уходят лишь
кванты, излученные передним краем этой прогревной зоны. Температура этого
переднего края и будет эффективной температурой ударной волны (см. § 12).
Важной проблемой структуры ударных волн умеренной интенсивности является,
в частности, установление зависимости степени ионизации в прогревной зоне
от расстояния до вязкого скачка. Заметное количество свободных электронов
- ионизационное гало - образуется, например, перед летящим в земной
атмосфере космическим аппаратом (см. А.Н. Пир-ри, Дж.Х. Кларк, 1969; P.M.
Нирем, Дж.Е. Дилли, 1970; В.А. Бронштэн, 1977). Это гало, радиус которого
достигает нескольких десятков метров при концентрации в нем свободных
электронов /Ve > 107 см-3, затрудняет радарную идентификацию корабля и
связь с ним. Свободные электроны наблюдаются и перед фронтом ударной
волны в трубках, причем на протяжении нескольких лет обсуждались три
различных источника этих электронов: 1) их диффузия из-за фронта ударной
волны, 2) фотоионизация газа приходящими из-за фронта волны квантами и 3)
фотоэмиссия электронов из стенок трубы. Выяснение истинной причины этого
явления связано с большими трудностями, так что даже один и тот же автор
получал экспериментальные данные, подтверждающие эффективность то
первого, то второго из упомянутых механизмов H.D. Weymann, 1969; L.B.
Holmes,
H.D.Weymann, 1969).
В настоящее время нет сомнений в том, что "предшествующие" электроны
образуются вследствие фотоионизации холодного газа перед ударной волной
излучением, выходящим из-за фронта волны. В целом же в структуре ударной
волйы умеренной интенсивности принято условно выделять четыре зоны (рис.
26) :
1) прогревная зона перед фронтом ударной волны, в которой степень
ионизации по мере приближения к фронту нарастает за счет поглощения
квантов лаймановского континуума, излучаемых фронтом;
2) переходная зона (вязкий скачок), в которой физические условия
определяются вязкостью и теплопроводностью; в ней на протяжении
нескольких длин пробега частицы температура тяжелых частиц Г, резко
возрастает, тогда как электронная температура 7"е еще остается
неизменной;
3) зона, в которой происходит перераспределение энергии между тяжелыми и
легкими частицами, сопровождаемое ионизацией газа, причем ионизационная
