Влияние теплопроводности на структуру гелиосферы

Основным направлением фундаментальных исследований лаборатории физической газовой динамики ИПМех РАН является исследование гелиосферы и ее взаимодействия с окружающей межзвездной средой. В лаборатории развиваются кинетические и магнитогидродинамические (МГД) модели взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой, аналоги которых применяются также для анализа структуры других звездных систем (астросфер) и кометных атмосфер. Теоретические исследования неразрывным образом связаны с анализом экспериментальных данных, получаемых космическими аппаратами Voyager 1 и Voyager 2, Ulysses, IBEX, Rosetta и др., что позволяет совершенствовать разработанные модели.

Сотрудниками лаборатории физической газовой динамики ИПМех РАН проведено исследование влияния электронной теплопроводности с учетом направления магнитного поля на структуру области взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой. Показано, что теплопроводность оказывает сильное влияние на структуру гелиосферы. Основной эффект заключается в уменьшении до 2-х раз толщины гелиосферного ударного слоя, что позволяет объяснить данные космических аппаратов Voyager 1 и 2 по пересечению гелиосферной ударной волны (TS) и гелиопаузы (HP), границы, разделяющей течение солнечного ветра и межзвездной среды.

До настоящего времени ни одна из существующих моделей гелиосферы (включая зарубежные) не могла объяснить расхождение с данными Voyager 1 и 2 по пересечению TS и HP – измеренная толщина гелиошиса (области между TS и HP) оказывалась значительно больше, чем в моделях. Учет теплопроводности вдоль магнитных силовых линий позволяет решить данную проблему: толщина гелиошиса значительно сокращается. Моделирование показало, что изменение толщины гелиошиса сильно зависит от направления от Солнца, что связано не столько с приближением HP к Солнцу, сколько с изменением формы TS. Изменение формы TS наиболее значительно в направлении солнечных полюсов, что хорошо видно на рисунке А) (сплошная белая линия – положение TS с учетом теплопроводности, пунктирная белая линия – без теплопроводности).

Работа с результатами опубликована в высокорейтинговом журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Q1 по индексированию в JCR от WoS и SJR от Scopus).

• 
  результаты численного
  трехмерного кинетико-МГД моделирования
  с учетом теплопроводности:
  распределение концентрации в солнечной полярной плоскости
  (А) – из модели с теплопроводностью,
  (В) – из модели без учета теплопроводности;
  (TS) – ударная волна, (HP) – гелиопауза,
  сплошная белая линия – положение с учетом теплопроводности,
  пунктирная белая линия – без теплопроводности
• 
  результаты численного
  трехмерного кинетико-МГД моделирования
  с учетом теплопроводности:
  распределение температуры в солнечной полярной плоскости
  (С) – из модели с теплопроводностью,
  (D) – из модели без учета теплопроводности;
  (TS) – ударная волна, (HP) – гелиопауза,
  сплошная белая линия – положение с учетом теплопроводности,
  пунктирная белая линия – без теплопроводности

См. также:

• V.V. Izmodenov, D.B. Alexashov. The strong effect of electron thermal conduction on the global structure of the heliosphere. MNRAS. 2023. V. 521. I. 3. P. 4085-4090. DOI: 10.1093/mnras/stad741

Информация на июль 2023 г.