Ударные волны в оболочках звезд - Климишин И.А.
Скачать (прямая ссылка):
возможные диссипативные процессы. Методы расчета параметров
нестационарных ударных волн и были разработаны за последние 40 лет. Здесь
прежде всего следует упомянуть об автомодельных решениях, и о
приближенных методах Бринкли - Кирквуда, Чизнелла, Уизема. В недалеком
прошлом они сыграли важную роль в изучении закономерностей движения
ударных волн в звездных оболочках. В настоящее время в большинстве
случаев решение задач космической газодинамики проводится численными
методами с помощью электронных вычислительных машин.
Важный вклад в изучение физики ударных волн и закономерностей их движения
в атмосфере Земли, в оболочках звезд и в межзвездной среде был сделан
отечественными учеными, в частности, С.А.Капланом, С.Б.Пи-кельнером и
Д.А.Франк-Каменецким. Результаты упомянутых исследований широко
используются нами в этой книге.
Здесь необходимо отметить и следующее. Физические условия в звездных
оболочках таковы, что давление и плотность энергии излучения в них
сравнимы с плотностью энергии и давления газа. С увеличением же
температуры роль излучения становится все более существенной, так как
отношение плотности энергии излучения к плотности энергии газа возрастает
пропорционально кубу температуры. Поэтому если даже давление и плотность
излучения перед фронтом волны играли незначительную роль, то за фронтом
сильной ударной волны положение может стать обратным. Следовательно,
основные соотношения, выполняющиеся на фронте "звездной" ударной волны,
должны быть сформулированы с учетом давления и плотности энергии
излучения.
Не менее важен и учет потока энергии излучения с фронта ударной волны.
Резкое повышение температуры на фронте волны (т.е. на расстоянии всего
нескольких длин пробега частиц) приводит в дальнейшем к перераспределению
энергии между ионами и электронами и к увеличению плотности радиации за
фронтом волны. При этом оказывается, что длина свободного пробега фотона
больше толщины релаксационной зоны за фронтом, поэтому кванты света
проникают в невозмущенный газ еще перед прохождением через него ударной
волны и прогревают его. Тем самым значительно усложняется структура
ударной волны. При выходе же волны во внешние слои звезды поток излучения
с фронта может уходить и на бесконечность. Такая потеря энергии ударной
волны приводит к существенному изменению ее параметров. Все эти эффекты и
необходимо учитывать в теории "звездных" ударных волн.
За последние 40 лет появилось несколько сотен публикаций, в которых
теория ударных волн так или иначе использовалась для интерпретации
наблюдательных астрофизических данных. Не все результаты, полученные их
авторами, выдержали испытание временем. Некоторые из них выглядят сегодня
явно устаревшими. Например, в ряде статей исследование движения ударных
волн в атмосферах пульсирующих переменных звезд проводилось в
предположении о статическом состоянии вещества перед фронтом волны. В
некоторых работах без достаточного обоснования ударная волна
предполагалась изотермической из соображений, что энергия нагретого ею
газа полностью высвечивается в межзвездное пространство, или же (другой
вариант изотермичности) на основании предположения, что благодаря
лучистой теплопроводности температура во всей охваченной движением
области
принимает одинаковое значение. Между тем такие и им подобные
предположения далеки от реальности.
С другой стороны, в космической газодинамике имеется ряд важных проблем,
разработка которых лишь начинается. К решению этих задач пока нет единого
подхода, более того, из-за математической сложности самой проблемы авторы
многих публикаций прибегают к упрощениям, а расчеты проводят для
отдельных частных случаев без их надлежащего обобщения. Мы имеем здесь в
виду прежде всего крайне важную с точки зрения наблюдательной астрофизики
проблему структуры ударной волны умеренной интенсивности. Поэтому, считая
исключительно полезной публикацию обзоров на эту тему (что, кстати, и
делается на страницах "Успехов физических наук"), мы решились
ограничиться здесь лишь весьма поверхностным ее обсуждением. Оставлены
вне рассмотрения эффекты вращения звезды и магнитного поля.
Главную задачу книги автор видит в том, чтобы дать исследователю,
интересующемуся возможностями использования теории ударных волн для
интерпретации данных наблюдений, конкретное представление о методах
газодинамики, пользуясь которыми он может сформулировать математическую
постановку задачи. Более полное освещение отдельных вопросов физики
ударных волн читатель может найти в упомянутых в списке литературы
монографиях и статьях.
Глава 1
ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕОРИИ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗВЕЗД И ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ
В этой вводной главе приведены важнейшие формулы и соотношения, а также
табличные значения отдельных параметров, которые необходимы для
постановки той или другой конкретной задачи о движении ударной волны в
оболочке звезды.
Прежде всего приводятся уравнение состояния и формула для внутренней
