Утверждена на Ученом Совете НИИЯФ и ОЯФ
протокол N 8 от 28.09.2001

ПРОГРАММА
кандидатского минимума по специальности
01.04.08 - Физика плазмы (косм.)

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Определение плазмы, идеальность, вырождение. Система уравнений Максвелла. Дебаевский радиус. Плазменная частота. Формула Саха.

2. ОДНОЧАСТИЧНОЕ (ДРЕЙФОВОЕ) ПРИБЛИЖЕНИЕ

Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях: скорости дрейфа, циклотронная частота, ларморовский радиус. Магнитные ловушки. Адиабатические инварианты. Критерии адиабатичности движения и их нарушения, приводящие к стохастизации движения частиц.

3. КИНЕТИКА ПЛАЗМЫ

Уравнения Больцмана и Власова. Столкновения частиц и равновесное (максвелловское) распределение. Дрейфовое кинетическое уравнение. Уравнения переноса вещества, энергии и импульса. Затухание Ландау. Ударные волны.

4. КИНЕТИЧЕСКИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПЛАЗМЕ

Тензор диэлектрической проницаемости однородной замагниченной плазмы и основные волновые моды. Плазменные (ленгмюроские) волны. Пучковая, анизотропная и конусная неустойчивости. Циклотронные волны. Дрейфовые неустойчивости. Плазменная турбулентность. Аномальное сопротивление. Солитоны.

5. МАГНИТОСТАТИКА

Основное уравнение магнитостатики. Магнитные поверхности и трубки. Давление магнитного поля. Теорема вириала. Пинчи. Токовые слои.

6. МАГНИТОГИДРОДИНАМИКА

Вмороженность магнитного поля в плазму. Альвеновская скорость. Гидромагнитные (альвеновские) волны. Магнитный звук. Гидромагнитные неустойчивости: Релея-Тейлора, желобковая, баллонная. Механизмы пересоединения магнитных полей и Tearing-неустойчивость. Обобщённый закон Ома. Приближение Чу-Гольдберга-Лоу. Одножидкостная и двужидкостная модели. Механизмы генерации магнитных полей в космосе: задача динамо, конвективные ячейки, тороидальные вихри.

7. МЕХАНИЗМЫ УСКОРЕНИЯ

Фермиевское ускорение. Бетатронное ускорение. Магнитная накачка. Двойные электростатические слои. Ускорение частиц на ударных волнах. Ускорение частиц индукционными электрическими полями в процессе магнитного пересоединения. Турбулентное ускорение. Ускорение частиц в сдвиговых течениях.

8. ПЛАЗМЕННАЯ КОСМОФИЗИКА

а). Плазменные процессы на Солнце

Основные сведения о Солнце, его внутреннее строение. Структура солнечной атмосферы (фотосфера, хромосфера, корона), грануляция и супергрануляция, солнечные пятна, протуберанцы, корональные дыры. Солнечное динамо. Конвективные процессы. Переполюсовка магнитного поля Солнца и циклы солнечной активности. Солнечные вспышки, их механизмы и ускорение частиц. Солнечные космические лучи. Гамма- и радиоизлучения Солнца.

б). Солнечный ветер

Типичные параметры солнечного ветра. Число Маха. Альвеновское число Маха. Процессы формирования солнечного ветра. Решение Паркера. Межпланетное магнитное поле: спиральная структура, гелиосферный токовый слой. Ударные волны и разрывы в солнечном ветре. Высокоскоростные потоки. Выбросы корональной массы.

в). Планетарные магнитосферы

Теория Штермера: разрешённые и запрещённые области движения частиц, штермеровский радиус, магнитная жёсткость. Формирование планетарных магнитосфер в результате взаимодействия солнечного ветра с магнитным полем планеты. Стоячая ударная волна. Переходный слой. Магнитопауза. Основные плазменные домены магнитосферы (плазмосфера, радиационные пояса, кольцевой ток, плазменный слой геомагнитного хвоста, полярные каспы) и их проекции на атмосферу. Авроральный овал. Полярная шапка.

Главный ионосферный провал. Геомагнитная буря и кольцевой ток. Магнитосферная суббуря и полярные сияния. Ионные и электронные радиационные пояса: ионный состав, энергетические спектры, радиальный ход, питч-угловые распределения и высотный ход, механизмы формирования, кулоновские потери, радиальная и питч-угловая диффузия, динамика во время бурь и суббурь. Особенности магнитосфер Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и Плутона.

г). Ионосфера Земли и других планет

Процессы формирования ионосферы, ионосферные слои, ионизация и рекомбинация, основные химические реакции. Холловская и педерсеновская проводимости ионосферы. Проводимость Каулинга. Динамо-слой.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Альвен Г., Фельтхаммар К.-Г. Космическая электродинамика. Основные принципы. М.: Мир.1967.
  2. Пикельнер С.Б. Основы космической электродинамики. М.: Наука. 1966.
  3. Арцимович Л. А., Сагдеев Р. 3. Физика плазмы для физиков. М.: Атомиздат. 1979.
  4. Чей Ф. Введение в физику плазмы. М.: Мир. 1987.
  5. Тверской Б. А. Динамика радиационных поясов Земли. М.: Наука. 1968.
  6. Редерер X. Динамика радиации, захваченной геомагнитным полем. М.: Мир. 1.972.
  7. Шабанский В.П. Явления в околоземном пространстве. М. Наука. 1972.
  8. Акасофу С.-И., Чепмен С. Солнечно-земная физика. Т. 1, 2. М.: Мир. 1975.
  9. Худхаузен А. Расширение короны и солнечный ветер. М.: Мир. 1976.
  10. Топтыгин И. Н. Космические лучи в межпланетных магнитных полях. М.: Наука. 1983.
  11. Лайонс Л., Уильямс Д. Физика магнитосферы. М.: Мир. 1987.
  12. Гибсон А. Спокойное Солнце. М.: Мир. 1987.
  13. Гинзбург В. Л., Сыроватский С. И. Происхождение космических лучей. М.: Изд. АН СССР. 1963.
  14. Гинзбург В.Л., Сыроватский С.И. Космические лучи. М.: Физматгиз. 1964.
  15. Астрофизика космических лучей.. Под ред. В. Л. Гинзбурга. М.: Наука. 1990.
  16. Шабанский В.П., Веселовоский И.С., Кропоткин А.П. Физика межпланетного и околоземного пространства. М.: Изд. МГУ. 1981.
  17. Антонова Е. Е., Бахарева М. Ф., Ломоносов В. Н., Тверской Б. А. Ускорительные механизмы в космосе. М.: Изд. МГУ. 1988.