М. Х. Турсунов
15.04.2012 г.

  На главную раздела "Научные работы"





          В дополнение к сказанному добавим ещё следующее.

          В звёздном мире существуют процессы, которые не укладываются в обычные земные рамки. В определённых условиях звёзды могут потерять столько электронов, что будут состоять только лишь из протонов и нейтронов. Например, звезда-карлик IP 768.500, имеющая поперечник, в 10 раз меньший земного, имеет такую плотность, что «напёрсток, наполненный ее веществом, имел бы на Земле массу в тысячу тонн» [42, с. 104]. Есть во Вселенной такие массивные тела, гравитацию которых не в силах преодолеть даже свет [23, с. 715]. В таких телах электронам просто нет места.

          Гравитационная сепарация распространена в природе столь широко, что при разнице в массах в 1836 раз, что отличает электрон от протона, вещество плазмы может быть разделено даже при отсутствии внешнего магнитного поля. (В технологии полезных ископаемых существует метод гравитационного разделения частиц полезного ископаемого и частиц пустой породы, отличающихся по плотности менее чем в 2 раза, путём отсеивания смеси в тяжёлых жидкостях.)

          Кроме всего сказанного, скорость альфа-частиц (или протонов на Солнце) при радиоактивном распаде составляет около 10 млн м/с, тогда как скорость бета-частиц — электронов составляет от 100 млн м/с до 0,999 доли скорости света [41, с. 427], что не менее важно для сепарации.

          Обилие ядерных реакций с превращением заряженных частиц в нейтральные и наоборот с образованием новых более устойчивых атомов является нормальным состоянием солнцеподобных звёзд. Поэтому Солнце не может приобретать положительный заряд, а лишь теряет очень незначительную часть своей энергии за счёт перекомпоновки элементарных частиц в более тяжёлые атомы, что должно приводить к его уплотнению и, в общем, к старению. Так что энергия, отдаваемая Солнцем своей системе, так мала и расходуется так экономно, что Человечество за всю историю своего существования не смогло ещё почувствовать какое-то её уменьшение. В пользу сказанного говорит также состав Солнца (свыше 70 % водорода, свыше 20 % гелия, около 2 % других элементов при средней плотности вещества Пример изображения [23, с. 37]), свидетельствующий об увеличении плотности солнечного вещества с глубиной.

          В дополнение к сказанному следует отметить, что если бы в солнечном ветре количество протонов было в сопоставимых с количеством электронов пропорциях, то такой «ветер», движущийся со скоростью около 300-400 км/с [35, с. 297, 23, с. 636], мог бы быть для Земли, как мы полагаем, поистине катастрофическим.

          Остаётся развести руками, каким недалёким людям доверяется иногда судьба фундаментальных наук.

          Расчёт вращающего Солнце момента силы. Согласно описанному выше механизму, сила (Пример изображения), действующая на заряд (Пример изображения), движущийся перпендикулярно силовым линиям магнитного поля (Пример изображения) со скоростью (Пример изображения), выразится соотношением Пример изображения.

          Сила  , называемая для общего случая силой Лоренца, для частного случая, когда носителем заряда является электрон, движущийся перпендикулярно поверхности солнечной сферы, может быть выражена через

          Пример изображения [41, с. 348], где
           — сила Лоренца;
          Пример изображения — элементарный электрический заряд (заряд электрона);
          Пример изображения — средняя скорость солнечного ветра. Учитывая, что «из солнечной короны происходит постоянное истечение плазмы со скоростью, постепенно увеличивающейся по мере удаления от Солнца и на расстоянии Земли достигающей 300-400 км/с» [35, с. 297], а также то, что сила реакции солнечного ветра передаётся поверхности Солнца с любого расстояния, можно принять среднюю скорость солнечного ветра равной 200 км/с, т. к. скорость распространения от Солнца достигает порядка нескольких сотен км/с» [35, с. 297].

          Пример изображения  — магнитная индукция, где
          Пример изображения  — магнитная постоянная,
          Пример изображения  — напряжённость магнитного поля. Учитывая, что «Среднее по солнечной поверхности поле имеет порядка Пример изображения, оно состоит, по-видимому, из отдельных ячеек с  Пример изображения на их границах. Такое поле наблюдается вблизи полюсов Солнца, тогда как на низких широтах оно часто возмущено сильными полями активных областей» (в факелах Пример изображения, в тени пятен  Пример изображения, в хромосфере под тенью пятен Пример изображения, над полутенью и факелами Пример изображения, в короне над активной областью Пример изображения [23, с. 45-46]). Принимаем среднее минимальное значение напряжённости для высоких широт Пример изображения, а для низких — 5 Э. Тогда

Пример изображения

 
          Отсюда сила Лоренца, действующая на элементарный заряд, для высоких широт будет равна

Пример изображения,
          а для низких широт
 
Пример изображения.


          Эта сила направлена по касательной к поверхности Солнца в правую сторону (при взгляде со стороны северного полюса Солнца, по часовой стрелке), а её реакция вращает Солнце вокруг оси в левую сторону, т. е. против часовой стрелки.

          Воспользуясь формулой
Пример изображения   [41, с. 349],

можно подсчитать радиус кривизны (Пример изображения) траектории электрона под воздействием магнитного поля Солнца (Пример изображения) при условии, что это поле повсеместно и однородно (где Пример изображения кг — масса электрона), который будет Пример изображения.


          Но эта величина отражает единовременное действие на частицу при попадании в область действия магнитного поля. Поскольку в нашем случае заряды постоянно испытывают действие поля, то они принудительно ориентируются относительно того направления поля, где они в каждом данном случае находятся. Поэтому траектория солнечного ветра имеет вид архимедовой спирали, ибо с удалением от источника расширяются и промежутки между силовыми линиями межпланетного магнитного поля.

          Для расчёта общего момента силы
Пример изображения , где
          Пример изображения  — приложенная сила,
          Пример изображения  — длина перпендикуляра, опущенного от оси вращения на линию действия силы [41, с. 34], что соответствует поверхности фотосферы, необходимо знать количество электронов (Пример изображения), проходящих через единицу площади (Пример изображения) поверхности со скоростью (Пример изображения) за единицу времени (Пример изображения) при постоянной плотности электронов, т. е. количества электронов в единице объёма (Пример изображения), которое определяется по формуле
Пример изображения , где
Пример изображения

          Средняя плотность электронов принята из расчёта, что «в Пример изображения фотосферы содержится от Пример изображения до Пример изображения атомов водорода» [35, с. 284]. Учитывая то, что на поверхности Солнца почти всё вещество находится в плазменном состоянии, можно допустить, что каждый атом даёт минимум две заряженные частицы, одна из которых выбрасывается с поверхности и переходит в состав вещества солнечного ветра. Тогда плотность электронов, участвующих в создании вращающего момента на поверхности фотосферы, можно принять равным Пример изображения (следует учесть, что в среднем в Пример изображения вещества короны находится около Пример изображения свободных электронов [35, с. 294]). В данном случае дополнительного уплотнения электронов не происходит из-за постоянного ускоренного их оттока под действием магнитного поля. Чтобы не превысить действительную плотность, для расчёта принят нижний предел, т. е. Пример изображения электронов на Пример изображения.

          Таким образом, получим
Пример изображения электронов.

          Площадь фотосферы вычисляем дифференцированно для высоких и низких широт с расчётом на резкую разницу напряжённости магнитного поля. Как известно, активные области, свидетельствующие о большой величине магнитной индукции, появляются и перемещаются, в основном, в пределах широт Пример изображения, «однако в областях, удалённых от экватора меньше чем на Пример изображения, пятна бывают очень редко» [35, с. 304-305]. (Ибо максимальные усилия растяжения из-за дифференцированного вращения приходятся на широты Пример изображения).

          Но напряжённость дипольного магнитного поля, как было показано нами на примере Земли, зависит, в основном, от линейной скорости перемещения и электропроводности поверхности как функции величины сил трения [9]. Поэтому, хотя в непосредственной близости к экватору пятна появляются редко, напряжённость дипольного магнитного поля сама по себе там высока за счёт высокой линейной скорости, обусловленной двумя причинами: во-первых, за счёт большей величины радиуса вращения, во-вторых, за счёт повышенной угловой скорости вращения, из-за чего период вращения приэкваториальных широт на 5-6 суток меньше, чем приполюсных.

          Чтобы гарантировать себя от возможного превышения количества вращающего действия силы, несущую часть солнечной поверхности ограничим не по широте  , являющейся естественной границей поверхности пятнообразования, а по широте Пример изображения и подсчитаем площади двух шаровых сегментов (северного и южного) и шарового пояса между ними (рис. 15).

Пример изображения
 Рис. 15. Меридиональное сечение солнечного шара
(к расчёту площади его поверхности).

 
          Площадь сферической поверхности шарового сегмента вычислим по формуле

Пример изображения [43, с. 177], где

          Пример изображения — радиус шара (для Солнца Пример изображения = 696000 км),
          Пример изображения — высота сегмента (для нашего случая  Пример изображения,
          Пример изображения — радиус основания сегмента (Пример изображения).

          Общая площадь сферической поверхности северного и южного шаровых сегментов будет

Пример изображения.

          Площадь шарового пояса (Пример изображения) будет равна разности площади шаровой сферы (Пример изображения) и  Пример изображения:

Пример изображения.

          Значит, численное значение Пример изображения и Пример изображения в системе СИ будет

Пример изображения.

          Теперь, зная силу, действующую на элементарный заряд (Пример изображения и Пример изображения), количество зарядов, испускаемых единицей солнечной поверхности (Пример изображения), а также площадь Солнца (Пример изображения), можно подсчитать общую силу, вращающую Солнце за счёт сил Лоренца по формуле

Пример изображения.

          Но поскольку нас интересует в конечном счёте не сила, а момент силы

Пример изображения  [41, с. 34], где
          Пример изображения — приложенная сила,
          Пример изображения — длина перпендикуляра, опущенного от оси вращения на линию действия силы, то момент вращающей Солнце силы за счёт сил Лоренца будет

Пример изображения , где
Пример изображения
Пример изображения и Пример изображения — плечи сил Пример изображения и Пример изображения соответственно.

          Для вычисления Пример изображения и Пример изображения воспользуемся формулой определения координаты Пример изображения центра тяжести дуги Пример изображения[43, с. 397]. Нахождение Пример изображения не обязательно.

Пример изображения , где

Пример изображения — длина кривой, заданной в виде Пример изображения.

          Отсюда
Пример изображения
или
Пример изображения.

          Тогда
Пример изображения.

          Обозначим Пример изображения. Тогда

Пример изображения.

          Подставив значение Пример изображения, получим

Пример изображения.

          Поскольку
Пример изображения и Пример изображения, то

Пример изображения.

          Пример изображения можно определить путём нахождения центра тяжести (Пример изображения) дуги BFD:

Пример изображения.

          Поскольку Пример изображения, то

Пример изображения.

          Таким образом, величина вращающего Солнце момента силы при принятых условиях будет

Пример изображения

          Теперь, зная момент силы Пример изображения и момент инерции Пример изображения (для шара Пример изображения; [41, с. 98]), можно вычислить угловое ускорение Пример изображения по формуле

Пример изображения [41, с. 95], где

Пример изображения  — масса Солнца,
Пример изображения  — масса Земли,
Пример изображения — радиус Солнца [41, с. 112]:

Пример изображения.

          Отсюда линейное ускорение экватора будет

Пример изображения.

          Таким образом, за счёт указанного механизма солнечная поверхность, как твёрдое тело, получала бы не менее Пример изображенияускорения за счёт его вращательного движения. Но этот импульс компенсируется её деформацией, характеризующейся дифференцированным вращением (рис. 16) и расширением Солнечной системы, т. к. Солнце постоянно передаёт часть количества своего вращательного движения в орбитальное движение (и не только) своей планетной системы через гравитационный механизм [18, 29].

Пример изображения
Рис. 16. Схема вращения Солнца [35, с. 267]. а — детали, расположенные
вдоль центрального меридиана; б — их положение после одного оборота
Солнца вокруг своей оси.

 
          Следует отметить, что величину вычисленного выше момента силы следует рассматривать как минимальную, т. к. здесь не учтено её повышение при повышении солнечной активности, которое может давать определённый импульс ускорения. Если бы Солнце не было сковано своей планетной системой, такой момент силы отразился бы в скорости его вращения, но на самом деле оно не может быстро реагировать на повышение вращающих усилий своим ускорением из-за огромной массы и реагирует скорее увеличением деформации поверхности по широте максимального перепада скорости вращения, которая смещается в зависимости от режима вращения-активности в пределах Пример изображения. Но, учитывая, что вращающая сила приложена ко всей поверхности Солнца и действует по принципу пары сил, предполагается, что в продолжительные периоды повышенной солнечной активности вращение Солнца всё же несколько ускоряется, что, возможно, будет зафиксировано в будущем. Решение этой задачи усложнено тем, что изменение в скорости вращения происходит во всей Солнечной системе и может быть замечена лишь относительная к Земле его величина.



В начало                               Продолжение
 

Добавить комментарий Сообщение модератору


Защитный код
Обновить