Ударные волны в оболочках звезд - Климишин И.А.
Скачать (прямая ссылка):
консервативная схема позволяет проводить расчеты с крупным шараг
гом по времени, соответствующим числу Куранта К =--------^5-ьб (а
- ско-
h
рость звука), в то время как, например, при а = 1 максимально допустимый
шаг по времени соответствует К ъ 1 -Ь2.
Таким образом, расчеты наглядно показывают, что полностью консервативные
разностные схемы обладают определенными качественными и количественными
преимуществами перед другими схемами того же порядка аппроксимации в
задачах газодинамики с ударными волнами.
Глава 5
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЛНОВЫХ ДВИЖЕНИЙ В ОБОЛОЧКАХ ЗВЕЗД
В этой главе после рассмотрения вопроса об особенностях распространения
звуковых волн в атмосферах звезд и условий их превращения в ударные волны
изложены некоторые результаты применения теории ударных волн к решению
важных проблем наблюдательной астрофизики - в особенности проблем вспышек
сверхновых. Рассматриваются также основные свойства волн охлаждения,
распространение которых в расширяющихся оболочках звезд, по-видимому,
обусловливает появление известного "плеча" на кривой блеска сверхновой II
типа.
Отметим, что общий анализ волновых процессов в неоднородной среде дан, в
частности, в книге Л.А. Дикого (1969), исследование особенностей движения
ударных волн в звездах и межзвездной среде проведено в книгах В.Г.
Горбацкого (1977), Э.А. Дибая и С.А. Каплана (1976), В.Б. Баранова и К.В.
Краснобаева (1977). Обстоятельный обзор физических процессов,
определяющих эволюцию звезды на стадии предсверхновой, сделан недавно
B.C. Имшенником и Д.К. Надёжиным (1982) .
§ 25. Особенности распространения звуковых волн в атмосферах звезд
Динамическое состояние атмосферы Солнца и других звезд исключительно
сложно. Изучается оно путем анализа асимметрии фраунгоферовых линий,
смещения ядер линий, флуктуаций интенсивности ядер линий и др. Как
оказалось (R.B. Leighton, R.W. Noyes, G.W. Simon, 1962), в каждый момент
времени фотосфера Солнца заполнена осциллирующими областями, причем
колебания постепенно затухают и вновь нарастают примерно в тех же местах.
Основным волновым процессом на Солнце являются 5-минутные колебания с
амплитудами скорости 0,3 ±1,6 км/с. Эти волны наблюдаются практически на
всей поверхности Солнца и на всех уровнях атмосферы, вспокойных и
активных областях (см. обзор Э.Е. Дубова, 1978).
Наблюдения указывают на некоторый разброс значений, периодов колебаний от
200 до 400 с, а вблизи лимба обнаружены колебания с периодом 100 с. В
фотосфере существуют также длиннопериодные поля скоростей: 20- и даже 50-
минутные колебания. Обнаружены колебания- с периодом 160 минут (А.В.
Severny, V.A. Kotov, Т.Т. Tsap, 1976).
Пятиминутные колебания наблюдаются цугами волн длительностью в несколько
периодов, причем горизонтальный размер цуга волн может быть сравним с
размером супергранулы, т.е. достигать величины 4 • 109 см.
В хромосфере обнаружены три системы волн: 1) волны, распространяющиеся от
супергранул или от полутени малых пятен внутрь супергранул, их
наблюдаемые горизонтальные скорости 60 + 70 км/с, вертикальная
составляющая около 5 км/с, колебания скоростей сопровождаются
флуктуациями интенсивности с периодами 150 -г 190 с; 2) колебания в
хромо-
155
сферной грануляции, сопровождающиеся колебаниями интенсивности,
запаздывающими по фазе на четверть периода, причем сам период меняется от
точки к точке, при этом изменяется лишь вертикальная скорость, тогда как
горизонтальных смещений не обнаружено и 3) изменения интенсивности,
распространяющиеся горизонтально со скоростью около 12 км/с
(R.Giovanelli, 1975).
По существующим представлениям, сложные волновые движения, в том числе
звуковые волны, возбуждаются в солнечной оболочке на верхней границе
конвективной зоны. Распространяясь вверх, звуковые волны превращаются в
ударные, а эти последние являются вероятным механизмом нагрева верхней
хромосферы (С.А. Каплан, С.Б. Пикельнер, В.И. Цы-тович, 1977.)
Изучение условий распространения волновых движений в неоднородной
атмосфере и их влияния на основные характеристики среды было начато еще в
конце прошлого века Ламбом (Г. Ламб, 1947 и H.Lamb, 1909). В 40-х годах
был проведен непосредственный анализ вопроса о переносе механической
энергии от фотосферы звезды волнами сжатия (L. Biermann, 1946, М.
Schwarzschild, 1948). Общие вопросы теории волновых движений в
неоднородной атмосфере изложены в книгах Бьеркнеса и др. (V. Bjerknes, J.
Bjerknes, Н. Solberg, Т. Bergeron, 1934) и Л.А. Дикого (1969) и в ряде
статей: Ch.Whitney (1958), В.В. Касинский (1967), Ю.Д. Жугжда (1975),
F.L. Deubner (1980), Н.А. Hill (1980), А.Б. Северный, В.А. Котов, Т.Т.
Цап (1981). Распространение плоских акустических волн в среде с высоким
лучистым давлением рассмотрено в работе Г.С. Бисноватого-Ко-гана и С.И.
Блинникова (1978); общий анализ проблемы генерации звуковой энергии в
оболочках холодных звезд дан в работе В.В. Музылева и А.В. Тутукова
(1973).
Здесь мы ограничимся кратким рассмотрением простейших типов волновых
