Космическая газодинамика

Косми'ческая газодина'мика, раздел астрофизики, в котором движение газовых масс в космических условиях изучается с помощью методов газовой динамики . Сформировалась в самостоятельный раздел в 40-х гг. 20 в. Применяется при исследованиях движений в атмосферах Солнца и звёзд, в межзвёздном газе, в солнечном и звёздном ветрах, в метагалактической среде. Наиболее характерное газодинамическое явление — ударная волна . В солнечной атмосфере ударные волны создаются хромосферными вспышками; проходя через корону, они дают всплески радиоизлучения, а дойдя до Земли, производят магнитные бури и связанные с ними геофизические явления. Сильные ударные волны образуются в межзвёздной среде под влиянием расширяющихся оболочек новых и сверхновых звёзд. Ударные волны, по-видимому, создаются также галактиками, движущимися в межгалактической среде.

  Специфика ударных волн и др. газодинамических феноменов в космических условиях обусловлена тем, что космическая среда представляет собой частично ионизованный газ — плазму . Из-за большого различия масс электронов и ионов в ней преобладает электронная теплопроводность; тепловая волна, порожденная ударной волной, обгоняет ударный фронт, газ перед фронтом прогревается, что влияет на свойства волны. На движение частиц ионизованного газа существенно влияет магнитное поле; в частности оно ограничивает пробег частиц поперёк силовых линий, уменьшая теплопроводность в этом направлении. Поле создаёт давление, которое складывается с давлением газа. В плазме играют большую роль коллективные процессы, взаимодействие частиц не с отдельными частицами, а с полями, создаваемыми совокупным движением большого числа их. Это определяет специфику К. г.

  Работы по К. г. ведутся в СССР в Физическом институте АН СССР, в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга, институте прикладной математики АН СССР, научно-исследовательском радиофизическом институте Горьковского университета и в др. астрономических и физических учреждениях. Статьи по этим вопросам печатаются в «Астрономическом журнале», в журнале «Астрофизика» (СССР), в зарубежных журналах «Astrophysical Journal» (США), «Cosmic Electrodynamics» (международный журнал) и др.

  Лит.: Каплан С. А., Межзвёздная газодинамика, М., 1958; Каплан С. А., Пикельнер С. Б., Межзвёздная среда, М., 1963; Пикельнер С. Б., Основы космической электродинамики, 2 изд., М., 1966; Симпозиум по космической газодинамике, [Материалы, пер. с англ.], М., 1960; Космическая газодинамика, [пер. с англ.], М., 1972.

  С. Б. Пикельнер.

Космическая геодезия

Косми'ческая геоде'зия, раздел геодезии , в котором изучаются методы определения взаимного положения точек на земной поверхности, размеров и фигуры Земли, параметров её гравитационного поля на основе наблюдений солнечных затмений и покрытий звёзд Луной, фотографирования (на фоне звёзд) Луны, баллонов с источником света, поднимаемых на высоту 20—30 км, и искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также измерения расстояний до ИСЗ. Первые работы, относящиеся к К. г., были опубликованы во 2-й половине 18 в.; к середине 20 в. «лунные» методы К. г. получили наибольшее развитие. Однако начиная с 60-х гг. 20 в. работы по К. г. опираются исключительно на позиционные и дальномерные наблюдения ИСЗ (этот раздел К. г. обычно назывался спутниковой геодезией) и наблюдения баллонов. При наблюдениях искусственных и естественных космических объектов и небесных явлений для решения задач К. г. широко применяются методы фотографической астрометрии .

  Одним из основных методов решения геометрических задач К. г. является одновременное (синхронное) наблюдение космического объекта (Луны, ИСЗ) из нескольких пунктов на земной поверхности. Если в некоторой системе координат, связанной с Землёй, известны положения двух (или более) из числа этих пунктов, то путём математического решения пространственных треугольников с одной из вершин в точке нахождения космического объекта можно вычислить положения также и др. пунктов, из которых проводились наблюдения. Такой метод установления геодезической связи между пунктами на земной поверхности называется космической (спутниковой) триангуляцией. В случае одновременных позиционных и дальномерных (выполняемых с помощью радиотехнических средств или спутниковыми лазерными дальномерами) наблюдений ИСЗ геодезические связи могут быть осуществлены и при одном пункте с известным положением методом геодезического векторного хода. В описанных методах К. г. космический объект лишь обозначает точку, фиксированную в пространстве в некоторый момент времени. К орбитальным методам К. г. относят способы установления геодезической связи между пунктами, предусматривающие определение положения ИСЗ в пространстве с помощью законов его движения в гравитационном поле Земли; применение этого метода освобождает от необходимости проведения наблюдений во всех пунктах в один и тот же момент времени.

  К динамическим задачам К. г. относят определение параметров гравитационного поля Земли путём исследования изменений некоторых элементов орбит ИСЗ, вычисляемых по результатам систематических позиционных и дальномерных наблюдений ИСЗ.

  Лит.: Меллер И., Введение в спутниковую геодезию, пер. с англ., М., 1967; Бурша М., Основы космической геодезии, пер. с чеш., ч. 1, М., 1971; Построение, уравнивание и оценка точности космических геодезических сетей, М., 1972.

  Н. П. Ерпылёв.

Космическая магнитогидродинамика

Косми'ческая магнитогидродина'мика, раздел астрофизики, сформировавшийся в 40-х гг. 20 в., в котором методы магнитной гидродинамики применяются при исследованиях космических объектов: Солнца, звёзд, межзвёздного газа, межпланетной среды, вещества околоземного пространства, содержащих ионизованный проводящий газ (плазму) и магнитные поля. Законы магнитной гидродинамики описывают взаимодействие магнитного поля и движений проводящей жидкости или газа. В проводящем веществе, движущемся поперёк силовых линий, индуцируются токи, поле которых, складываясь с исходным, меняет его структуру. В случае большой проводимости или больших масштабов явления это изменение таково, что силовые линии практически следуют за веществом, проходят через те же частицы (т. н. «приклеенность», или «вмороженность» поля в вещество). В случае, когда между двумя противоположно направленными полями расположен тонкий слой газа, силовые линии поля быстро проходят через газ и, взаимодействуя с противоположно направленными линиями, исчезают, аннигилируют. Поле, в свою очередь, влияет на движение плазмы; это взаимодействие описывается как натяжение и поперечная упругость силовых линий. При этом возникают силы, оказывающие сопротивление движениям, ведущим к поперечному сжатию и растяжению силовых линий, которые увеличивают магнитную энергию. В плазме могут распространяться низкочастотные магнитогидродинамические и магнитозвуковые волны.

  Законы магнитной гидродинамики применимы к космическим явлениям, т. к. вследствие их больших масштабов условие «приклеенности» поля к веществу в них выполняется достаточно точно. Конвективные движения на Солнце увлекают и запутывают силовые линии, протуберанцы висят над поверхностью Солнца, поддерживаемые полем, поле увлекается солнечным ветром в межпланетное пространство, магнитное поле Галактики препятствует сжатию газового слоя, определяя его толщу, и т. п. Одной из важных задач К. м. является вопрос о происхождении и усилении поля: при известных обстоятельствах движения газа могут привести к усилению начального слабого поля (динамо-эффект). Это начальное поле, в свою очередь, может быть создано диффузией электронов, возникающей под действием флуктуаций плотности и температуры, или трением электронов о фотонный газ реликтового излучения. Теория динамо-эффекта лежит в основе современного объяснения происхождения магнитного поля Земли (см. Земной магнетизм ).