Магнитное поле звёзд

Звёздное магнитное поле — магнитное поле, создаваемое движением проводящей плазмы внутри звёзд главной последовательности. Это движение создается путём конвекции, которая является одной из форм переноса энергии из центра звезды к её поверхности с помощью физического перемещения материала. Локальные магнитные поля воздействуют на плазму, в результате чего намагниченные области поднимаются по отношению к остальной части поверхности, и могут достичь даже фотосферы звезды. Этот процесс создает звёздные пятна на поверхности звезды (по аналогии с солнечными пятнами), и связанное с этим появление корональных петель.

Измерение магнитного поля

Магнитное поле звезды может быть измерено с помощью эффекта Зеемана. Обычно атомы в атмосфере звезды поглощают энергию на определенной частоте электромагнитного спектра, производя характерные темные линии поглощения в спектре. Однако, когда атомы находятся в магнитном поле, эти линии расщепляются на несколько, близкорасположенных линий. Также появляется поляризация электромагнитного излучения звезды, которая зависит от ориентации магнитного поля. Таким образом, сила и направление магнитного поля звезды может быть определена путём изучения линий в эффекте Зеемана.

Звездный спектрополяриметр используется для измерения магнитного поля звезды. Этот инструмент состоит из спектрографа в сочетании с поляриметром. Первый инструмент, с помощью которого изучалось магнитное поле звёзд, был NARVAL, который был установлен на телескопе Бернара Лио, работавшего в обсерватории на горе Пик-дю-Миди во французских Пиренеях.

Различные измерения, включая магнитометрические измерения за последние 150 лет: ¹⁴С в кольцах деревьев и ¹⁰Ве в кернах льда, установили существенную изменчивость магнитного поля Солнца на десятилетних, столетних и тысячелетних временных отрезках.

Генерирование магнитного поля

Магнитные поля звёзд, согласно теории солнечного динамо, вызваны движением вещества в конвективной зоне звезды. Эта конвективная циркуляция проводящей плазмы разрушает изначальное магнитное поле звезды, а затем создает дипольные магнитные поля звезды. Так как звезда испытывает дифференциальное вращение для различных широт, то магнитные линии в форме тора окружают звезду. Магнитные линии могут стать местом высокой концентрации энергии, являющейся причиной активности звезды, когда они выходят на её поверхность.

Магнитное поле вращающегося проводящего газа или жидкости генерирует самоусиливающиеся электрические токи и связанные с ними магнитные поля, вследствие сочетания дифференциального вращения (вращения с разными угловыми скоростями на различных широтах звезды), силы Кориолиса и индукции. Распределение токов может быть достаточно сложным, с многочисленными открытыми и закрытыми петлями, и, таким образом магнитное поле этих токов в непосредственной близости от них также достаточно сложно распределено. На больших расстояниях, однако, магнитные поля токов, текущих в противоположных направлениях взаимно компенсируются, и остаются только дипольные поля, медленно уменьшающиеся с расстоянием. Поскольку основной ток движется в направлении вращения звезды (экваториальных течений), основной компонент порожденного магнитного поля направлен перпендикулярно экватору, создавая магнитные полюса вблизи географических полюсов вращающегося тела.

Магнитные поля всех небесных тел, часто согласуются с направлением вращения, с заметными исключениями, такими как некоторые пульсары. Еще одна особенность этой модели динамо в том, что токи, скорее переменные, а не постоянные. Их направление, и, следовательно, направление магнитного поля, которое они производят, испытывают более или менее периодические, изменения амплитуды и направления, хотя и совмещенные с осью вращения.

Основной компонент магнитного поля Солнца меняет направление каждые 11 лет (т. е. с периодом около 22 лет), в результате чего изменяется величина магнитной активности Солнца. Во время покоя, активность максимальна, пятен мало (из-за отсутствия магнитного торможения плазмы) и, как результат, происходит массовый выброс плазмы высокой энергии в солнечную корону, а затем в межпланетное пространство. Столкновения солнечных пятен с противоположно направленными магнитными полями генерирует сильные электрические поля вблизи быстро исчезающих регионов выхода на поверхность магнитного поля. Это электрическое поле ускоряет электроны и протоны высоких энергий (кэВ) в результате чего струи чрезвычайно горячей плазмы покидают поверхность Солнца и нагревают солнечную корону до огромных температур (миллионы градусов Кельвина).

Если газ или жидкость очень вязкие (в результате дифференциального турбулентного движения), изменение магнитного поля может быть не строго периодическим. Так обстоит дело с магнитным полем Земли, которое порождается турбулентным течением в вязком слое над внутренним ядром.

Активность на поверхности звезды

Звёздные пятна являются регионами интенсивной магнитной активности на поверхности звезды. Они являются формами видимой составляющей магнитных потоков, которые образуются в конвективной зоне звезды. Из-за дифференциального вращения звёзд, потоки приобретают форму тора и растягиваются, препятствуя конвекции, и, как следствие, образуют зоны с температурой ниже, чем у остального вещества. Корональные петли часто образуются над звёздными пятнами, формируясь вдоль силовых линий магнитного поля, которые поднимаются над поверхностью в корону звезды. В свою очередь, они разогревают корону до температур свыше миллиона кельвинов.

Корональные петли, связанные со звёздными пятнами и протуберанцы, связанные со вспышками звезды, становятся причинами выбросов корональной массы. Плазма нагревается до десятков миллионов градусов, частицы с поверхности звезды ускоряются до экстремальных скоростей .

Поверхностная активность, по современным представлениям, связаны с возрастом и скоростью вращения звезд главной последовательности. Молодые звезды с большой скоростью вращения обладают сильной магнитной активностью. В отличие от них, звёзды среднего возраста, подобные Солнцу с медленной скоростью вращения показывают низкий уровень активности, который циклически меняется. Некоторые старые звезды не проявляют практически никакой активности, что может означать, что они вступили в период затишья, сопоставимое с минимумом Маундера. Измерения времени изменения звездной магнитной активности может быть полезно для определения скорости дифференциального вращения звезды.

Магнитные звезды

Звёзды типа Т Тельца является одним из видов звёзд ещё не вышедших на главную последовательность, т. е.они разогревается посредством гравитационного сжатия, а не водородного горения в их ядрах. Они являются переменными магнитно-активными звёздами. Магнитное поле таких звезд, взаимодействует с их сильным звёздным ветром, передавая момент импульса окружающему звезду протопланетному диску, что служит причиной снижения скорости вращения звезды.

Красные карлики спектрального класса M (0.1-0.6 массы Солнца), демонстрирующие быструю, нерегулярную переменность известны как вспыхивающие звёзды. Эти колебания яркости, вызваны вспышками, чья активность значительно сильнее, чем можно предположить по размеру звезды. Вспышки звёзд этого класса могут увеличить поверхность звезды на 20%, и излучают большую часть своей энергии в синей и ультрафиолетовой части спектра.

Планетарные туманности появляются, когда красный гигант сбрасывает свою внешнюю оболочку, образуя расширяющийся газовый пузырь. Однако остается загадкой, почему эти пузыри не всегда сферически симметричны. 80% планетарных туманностей не имеют сферической формы, а вместо этого образуют биполярные или эллиптические туманности. Одна из гипотез формирования несферической формы — влияние магнитного поля звезды. Вместо равномерного расширения во всех направлениях, выброшенная плазма стремится вытянуться вдоль магнитных линий. Наблюдения центральной звезды, по крайней мере, четырёх планетарных туманностей подтвердили, что они действительно обладают мощными магнитными полями.

После того как некоторые массивные звёзды прекратили термоядерный синтез в своих недрах, часть из них коллапсирует в компактные объекты, называемые нейтронные звёзды. Эти объекты сохраняют значительные магнитные поля, доставшиеся от звезды-прародителя. В результате коллапса размер звезды резко уменьшается на много порядков, а поскольку магнитный момент звезды сохраняется полностью, то напряжённость магнитного поля нейтронной звезды пропорционально возрастает на много порядков. Быстрое вращение нейтронных звезд превращает их в пульсар, который испускает узкий пучок энергии.

Компактные и быстро вращающихся астрономические объекты (белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры) имеют чрезвычайно сильные магнитные поля. Магнитное поле новорожденной быстровращающейся нейтронной звезды настолько сильное (до 10⁸ тесла), что излучаемой электромагнитной энергии достаточно, чтобы быстро (в течение нескольких миллионов лет) затормозить вращение звезды в 100, а то и 1000 раз. Материя, падающая на нейтронную звезду также должна двигаться вдоль силовых линий магнитного поля, в результате чего образуются два горячих пятна на поверхности звезды, где вещество сталкивается с поверхностью звезды. Эти пятна небольшие — буквально около метра в диаметре, но чрезвычайно яркие. Их периодические затмения во время вращения звезды, как предполагается, являются источником пульсирующего излучения (см. пульсар).

Экстремальная форма намагниченной нейтронной звезды называется магнетар. Они образуются в результате коллапса ядра при вспышке сверхновой. Существование таких звезд было подтверждено в 1998 году при исследовании звезды SGR 1806-20. Магнитное поле этой звезды увеличило температуру поверхности до 18 млн К и она испускает огромное количество энергии в гамма-всплесках.

Струи релятивистской плазмы часто наблюдаются в направлении магнитных полюсов активных ядер в центрах очень молодых галактик.

См. также

• Магнитное динамо
• Магнитное поле планет
• Магнитное поле Земли
• Солнечная активность
• Пекулярная звезда
• Поляры
• Промежуточный поляр
• Переменная звезда типа α² Гончих Псов
• Переменные типа SX Овна

Ссылки

• Donati, Jean-François [www.ast.obs-mip.fr/users/donati/field.html Surface magnetic fields of non degenerate stars]. Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse (June 16, 2003). [www.webcitation.org/67xQdCB0l Архивировано из первоисточника 27 мая 2012]. (англ.)
• Donati, Jean-François [www.ast.obs-mip.fr/users/donati/diffrot.html Differential rotation of stars other than the Sun]. Laboratoire d’Astrophysique de Toulouse (November 5, 2003). [www.webcitation.org/67KkQt8SU Архивировано из первоисточника 1 мая 2012]. (англ.)

Отрывок, характеризующий Магнитное поле звёзд

Фехтовальщик, требовавший борьбы по правилам искусства, были французы; его противник, бросивший шпагу и поднявший дубину, были русские; люди, старающиеся объяснить все по правилам фехтования, – историки, которые писали об этом событии.
Со времени пожара Смоленска началась война, не подходящая ни под какие прежние предания войн. Сожжение городов и деревень, отступление после сражений, удар Бородина и опять отступление, оставление и пожар Москвы, ловля мародеров, переимка транспортов, партизанская война – все это были отступления от правил.
Наполеон чувствовал это, и с самого того времени, когда он в правильной позе фехтовальщика остановился в Москве и вместо шпаги противника увидал поднятую над собой дубину, он не переставал жаловаться Кутузову и императору Александру на то, что война велась противно всем правилам (как будто существовали какие то правила для того, чтобы убивать людей). Несмотря на жалобы французов о неисполнении правил, несмотря на то, что русским, высшим по положению людям казалось почему то стыдным драться дубиной, а хотелось по всем правилам стать в позицию en quarte или en tierce [четвертую, третью], сделать искусное выпадение в prime [первую] и т. д., – дубина народной войны поднялась со всей своей грозной и величественной силой и, не спрашивая ничьих вкусов и правил, с глупой простотой, но с целесообразностью, не разбирая ничего, поднималась, опускалась и гвоздила французов до тех пор, пока не погибло все нашествие.
И благо тому народу, который не как французы в 1813 году, отсалютовав по всем правилам искусства и перевернув шпагу эфесом, грациозно и учтиво передает ее великодушному победителю, а благо тому народу, который в минуту испытания, не спрашивая о том, как по правилам поступали другие в подобных случаях, с простотою и легкостью поднимает первую попавшуюся дубину и гвоздит ею до тех пор, пока в душе его чувство оскорбления и мести не заменяется презрением и жалостью.


Одним из самых осязательных и выгодных отступлений от так называемых правил войны есть действие разрозненных людей против людей, жмущихся в кучу. Такого рода действия всегда проявляются в войне, принимающей народный характер. Действия эти состоят в том, что, вместо того чтобы становиться толпой против толпы, люди расходятся врозь, нападают поодиночке и тотчас же бегут, когда на них нападают большими силами, а потом опять нападают, когда представляется случай. Это делали гверильясы в Испании; это делали горцы на Кавказе; это делали русские в 1812 м году.
Войну такого рода назвали партизанскою и полагали, что, назвав ее так, объяснили ее значение. Между тем такого рода война не только не подходит ни под какие правила, но прямо противоположна известному и признанному за непогрешимое тактическому правилу. Правило это говорит, что атакующий должен сосредоточивать свои войска с тем, чтобы в момент боя быть сильнее противника.
Партизанская война (всегда успешная, как показывает история) прямо противуположна этому правилу.
Противоречие это происходит оттого, что военная наука принимает силу войск тождественною с их числительностию. Военная наука говорит, что чем больше войска, тем больше силы. Les gros bataillons ont toujours raison. [Право всегда на стороне больших армий.]
Говоря это, военная наука подобна той механике, которая, основываясь на рассмотрении сил только по отношению к их массам, сказала бы, что силы равны или не равны между собою, потому что равны или не равны их массы.
Сила (количество движения) есть произведение из массы на скорость.
В военном деле сила войска есть также произведение из массы на что то такое, на какое то неизвестное х.
Военная наука, видя в истории бесчисленное количество примеров того, что масса войск не совпадает с силой, что малые отряды побеждают большие, смутно признает существование этого неизвестного множителя и старается отыскать его то в геометрическом построении, то в вооружении, то – самое обыкновенное – в гениальности полководцев. Но подстановление всех этих значений множителя не доставляет результатов, согласных с историческими фактами.
А между тем стоит только отрешиться от установившегося, в угоду героям, ложного взгляда на действительность распоряжений высших властей во время войны для того, чтобы отыскать этот неизвестный х.
Х этот есть дух войска, то есть большее или меньшее желание драться и подвергать себя опасностям всех людей, составляющих войско, совершенно независимо от того, дерутся ли люди под командой гениев или не гениев, в трех или двух линиях, дубинами или ружьями, стреляющими тридцать раз в минуту. Люди, имеющие наибольшее желание драться, всегда поставят себя и в наивыгоднейшие условия для драки.
Дух войска – есть множитель на массу, дающий произведение силы. Определить и выразить значение духа войска, этого неизвестного множителя, есть задача науки.
Задача эта возможна только тогда, когда мы перестанем произвольно подставлять вместо значения всего неизвестного Х те условия, при которых проявляется сила, как то: распоряжения полководца, вооружение и т. д., принимая их за значение множителя, а признаем это неизвестное во всей его цельности, то есть как большее или меньшее желание драться и подвергать себя опасности. Тогда только, выражая уравнениями известные исторические факты, из сравнения относительного значения этого неизвестного можно надеяться на определение самого неизвестного.
Десять человек, батальонов или дивизий, сражаясь с пятнадцатью человеками, батальонами или дивизиями, победили пятнадцать, то есть убили и забрали в плен всех без остатка и сами потеряли четыре; стало быть, уничтожились с одной стороны четыре, с другой стороны пятнадцать. Следовательно, четыре были равны пятнадцати, и, следовательно, 4а:=15у. Следовательно, ж: г/==15:4. Уравнение это не дает значения неизвестного, но оно дает отношение между двумя неизвестными. И из подведения под таковые уравнения исторических различно взятых единиц (сражений, кампаний, периодов войн) получатся ряды чисел, в которых должны существовать и могут быть открыты законы.
Тактическое правило о том, что надо действовать массами при наступлении и разрозненно при отступлении, бессознательно подтверждает только ту истину, что сила войска зависит от его духа. Для того чтобы вести людей под ядра, нужно больше дисциплины, достигаемой только движением в массах, чем для того, чтобы отбиваться от нападающих. Но правило это, при котором упускается из вида дух войска, беспрестанно оказывается неверным и в особенности поразительно противоречит действительности там, где является сильный подъем или упадок духа войска, – во всех народных войнах.
Французы, отступая в 1812 м году, хотя и должны бы защищаться отдельно, по тактике, жмутся в кучу, потому что дух войска упал так, что только масса сдерживает войско вместе. Русские, напротив, по тактике должны бы были нападать массой, на деле же раздробляются, потому что дух поднят так, что отдельные лица бьют без приказания французов и не нуждаются в принуждении для того, чтобы подвергать себя трудам и опасностям.


Так называемая партизанская война началась со вступления неприятеля в Смоленск.
Прежде чем партизанская война была официально принята нашим правительством, уже тысячи людей неприятельской армии – отсталые мародеры, фуражиры – были истреблены казаками и мужиками, побивавшими этих людей так же бессознательно, как бессознательно собаки загрызают забеглую бешеную собаку. Денис Давыдов своим русским чутьем первый понял значение той страшной дубины, которая, не спрашивая правил военного искусства, уничтожала французов, и ему принадлежит слава первого шага для узаконения этого приема войны.
24 го августа был учрежден первый партизанский отряд Давыдова, и вслед за его отрядом стали учреждаться другие. Чем дальше подвигалась кампания, тем более увеличивалось число этих отрядов.
Партизаны уничтожали Великую армию по частям. Они подбирали те отпадавшие листья, которые сами собою сыпались с иссохшего дерева – французского войска, и иногда трясли это дерево. В октябре, в то время как французы бежали к Смоленску, этих партий различных величин и характеров были сотни. Были партии, перенимавшие все приемы армии, с пехотой, артиллерией, штабами, с удобствами жизни; были одни казачьи, кавалерийские; были мелкие, сборные, пешие и конные, были мужицкие и помещичьи, никому не известные. Был дьячок начальником партии, взявший в месяц несколько сот пленных. Была старостиха Василиса, побившая сотни французов.
Последние числа октября было время самого разгара партизанской войны. Тот первый период этой войны, во время которого партизаны, сами удивляясь своей дерзости, боялись всякую минуту быть пойманными и окруженными французами и, не расседлывая и почти не слезая с лошадей, прятались по лесам, ожидая всякую минуту погони, – уже прошел. Теперь уже война эта определилась, всем стало ясно, что можно было предпринять с французами и чего нельзя было предпринимать. Теперь уже только те начальники отрядов, которые с штабами, по правилам ходили вдали от французов, считали еще многое невозможным. Мелкие же партизаны, давно уже начавшие свое дело и близко высматривавшие французов, считали возможным то, о чем не смели и думать начальники больших отрядов. Казаки же и мужики, лазившие между французами, считали, что теперь уже все было возможно.
22 го октября Денисов, бывший одним из партизанов, находился с своей партией в самом разгаре партизанской страсти. С утра он с своей партией был на ходу. Он целый день по лесам, примыкавшим к большой дороге, следил за большим французским транспортом кавалерийских вещей и русских пленных, отделившимся от других войск и под сильным прикрытием, как это было известно от лазутчиков и пленных, направлявшимся к Смоленску. Про этот транспорт было известно не только Денисову и Долохову (тоже партизану с небольшой партией), ходившему близко от Денисова, но и начальникам больших отрядов с штабами: все знали про этот транспорт и, как говорил Денисов, точили на него зубы. Двое из этих больших отрядных начальников – один поляк, другой немец – почти в одно и то же время прислали Денисову приглашение присоединиться каждый к своему отряду, с тем чтобы напасть на транспорт.
– Нет, бг'ат, я сам с усам, – сказал Денисов, прочтя эти бумаги, и написал немцу, что, несмотря на душевное желание, которое он имел служить под начальством столь доблестного и знаменитого генерала, он должен лишить себя этого счастья, потому что уже поступил под начальство генерала поляка. Генералу же поляку он написал то же самое, уведомляя его, что он уже поступил под начальство немца.
Распорядившись таким образом, Денисов намеревался, без донесения о том высшим начальникам, вместе с Долоховым атаковать и взять этот транспорт своими небольшими силами. Транспорт шел 22 октября от деревни Микулиной к деревне Шамшевой. С левой стороны дороги от Микулина к Шамшеву шли большие леса, местами подходившие к самой дороге, местами отдалявшиеся от дороги на версту и больше. По этим то лесам целый день, то углубляясь в середину их, то выезжая на опушку, ехал с партией Денисов, не выпуская из виду двигавшихся французов. С утра, недалеко от Микулина, там, где лес близко подходил к дороге, казаки из партии Денисова захватили две ставшие в грязи французские фуры с кавалерийскими седлами и увезли их в лес. С тех пор и до самого вечера партия, не нападая, следила за движением французов. Надо было, не испугав их, дать спокойно дойти до Шамшева и тогда, соединившись с Долоховым, который должен был к вечеру приехать на совещание к караулке в лесу (в версте от Шамшева), на рассвете пасть с двух сторон как снег на голову и побить и забрать всех разом.
Позади, в двух верстах от Микулина, там, где лес подходил к самой дороге, было оставлено шесть казаков, которые должны были донести сейчас же, как только покажутся новые колонны французов.
Впереди Шамшева точно так же Долохов должен был исследовать дорогу, чтобы знать, на каком расстоянии есть еще другие французские войска. При транспорте предполагалось тысяча пятьсот человек. У Денисова было двести человек, у Долохова могло быть столько же. Но превосходство числа не останавливало Денисова. Одно только, что еще нужно было знать ему, это то, какие именно были эти войска; и для этой цели Денисову нужно было взять языка (то есть человека из неприятельской колонны). В утреннее нападение на фуры дело сделалось с такою поспешностью, что бывших при фурах французов всех перебили и захватили живым только мальчишку барабанщика, который был отсталый и ничего не мог сказать положительно о том, какие были войска в колонне.
Нападать другой раз Денисов считал опасным, чтобы не встревожить всю колонну, и потому он послал вперед в Шамшево бывшего при его партии мужика Тихона Щербатого – захватить, ежели можно, хоть одного из бывших там французских передовых квартиргеров.


Был осенний, теплый, дождливый день. Небо и горизонт были одного и того же цвета мутной воды. То падал как будто туман, то вдруг припускал косой, крупный дождь.
На породистой, худой, с подтянутыми боками лошади, в бурке и папахе, с которых струилась вода, ехал Денисов. Он, так же как и его лошадь, косившая голову и поджимавшая уши, морщился от косого дождя и озабоченно присматривался вперед. Исхудавшее и обросшее густой, короткой, черной бородой лицо его казалось сердито.
Рядом с Денисовым, также в бурке и папахе, на сытом, крупном донце ехал казачий эсаул – сотрудник Денисова.
Эсаул Ловайский – третий, также в бурке и папахе, был длинный, плоский, как доска, белолицый, белокурый человек, с узкими светлыми глазками и спокойно самодовольным выражением и в лице и в посадке. Хотя и нельзя было сказать, в чем состояла особенность лошади и седока, но при первом взгляде на эсаула и Денисова видно было, что Денисову и мокро и неловко, – что Денисов человек, который сел на лошадь; тогда как, глядя на эсаула, видно было, что ему так же удобно и покойно, как и всегда, и что он не человек, который сел на лошадь, а человек вместе с лошадью одно, увеличенное двойною силою, существо.
Немного впереди их шел насквозь промокший мужичок проводник, в сером кафтане и белом колпаке.
Немного сзади, на худой, тонкой киргизской лошаденке с огромным хвостом и гривой и с продранными в кровь губами, ехал молодой офицер в синей французской шинели.
Рядом с ним ехал гусар, везя за собой на крупе лошади мальчика в французском оборванном мундире и синем колпаке. Мальчик держался красными от холода руками за гусара, пошевеливал, стараясь согреть их, свои босые ноги, и, подняв брови, удивленно оглядывался вокруг себя. Это был взятый утром французский барабанщик.