Кометы
Страница 2

2.3.1.

Поверхность кометного ядра как источник газового потока

О взаимодействии солнечного ветра с кометами можно говорить только тогда, когда комета имеет довольно протяженную и плотную атмосферу. В этом случае атмосфера должна непрерывно расширяться в окружающий межпланетный газ очень низкого давления, поскольку маленькое кометное ядро имеет пренебрежимо малую гравитацию и не может удерживать свою атмосферу в равновесии. Основной причиной возникновения атмосферы является испарение твердого вещества, из которого состоит ядро, вследствие его прогревания солнечным излучением. При этом испарение происходит прямо из твердого состояния без перехода в жидкую фазу (возгонка).

Поскольку кометное ядро почти невидимо при помощи астрономических приборов, то важным представляется построение его теоретических моделей. В настоящее время считается, что ядро - это конгломерат каменистых частиц и замороженной летучей компоненты (это могут быть молекулы CO2 , H2O, CH4 и т.п.). В ядре ледяные слои из замороженных газов чередуются с пылевыми слоями. По мере прогревания солнечным излучением газы (типа испаряющегося "сухого" льда) истекают наружу (в окружающий комету вакуум), увлекая за собой облака пыли. В результате ядро кометы является источником газопылевого потока, вытекающего навстречу солнечному ветру. Рассмотрим сначала количественную модель истечения потока вещества с поверхности кометы.

Если считать, что процесс возгонки происходит равновесно, то, как известно из курса физики, справедливо уравнение Клапейрона-Клаузиуса

$$n_s = n_0 \frac{T_0}{T_s}\exp\left[\frac{L}{kN_A}\left(\frac{1}{T_0}-\frac{1}{T_s}\right)\right]\,,$$

(1)

где ns - концентрация молекул испаряющегося вещества, Ts - их температура, k - постоянная Больцмана, NA - число Авогадро, L - скрытая теплота испарения, которая при написании уравнения (1) считается постоянной величиной, а величина n0kT0 соответствует давлению пара при Ts = T0 (в некоторых теоретических моделях для ядер из замерзшего льда H2O использовались значения n0 = 1,94 $\cdot$1019 см-3, T0 = 373 K, L = 5 $\cdot$1011 эрг/моль). Кроме того, на поверхности кометного ядра должно выполняться уравнение баланса энергии, которое при ряде упрощающих предположений, и в частности в предположениях сферически-симметричного ядра и равномерном его нагреве (равномерный нагрев поверхности возможен при достаточно быстром вращении кометного ядра), будет иметь вид

$$\frac{1-A_s}{d^2}J=\epsilon_{s}\sigma T^{4}_{s}+\frac{L}{N_A}n_{s}V_{s}\,,$$

(2)

 

В уравнении (2) $A_s$- болометрическое альбедо, характеризующее способность поверхности отражать падающее на нее излучение, $d$- расстояние от кометы до Солнца (в а.е.), $J$- солнечная постоянная, $\epsilon_s$- излучательная способность поверхности ядра в инфракрасном диапазоне частот, $\sigma$- постоянная Стефана-Больцмана, $V_s$- скорость истечения молекул с поверхности ядра в результате процесса возгонки. Физический смысл уравнения (2) заключается в балансе поглощаемой кометным ядром энергии падающего солнечного излучения (левая часть) и энергии, отдаваемой ядром (первый член справа соответствует энергии электромагнитного излучения с поверхности нагретого ядра, а второй член - энергии покидающих ядро молекул). Система уравнений (1) и (2) не является замкнутой для определения трех неизвестных величин $n_s$, $V_s$, $T_s$. Поэтому в литературе часто используется дополнительное предположение, что скорость истечения молекул равна скорости звука для ядер комет с малым содержанием пыли, то есть

$$V_s=\sqrt{\frac{\gamma kT_s}{m_c}\,}, \qquad \gamma = \frac{c_p}{c_{\upsilon}}\,,$$

(3)

Страницы: 1 2 3

 
Углеродный цикл и изменения климата

Влияние человека на климат начало проявляться несколько тысяч лет тому назад в связи с развитием земледелия. Во многих районах для обработки земли уничтожалась лесная растительность, что приводило к скорости ветра у земной поверхности, некоторому изменению режима температуры и влажности нижнего слоя воздуха, а также к изменению режима влажности, испарения и речного стока ...

Узнать больше...
 
Урбанизация и экология
Одной из наиболее характерных особенностей развития современного общества является быстрый рост городов, непрерывный темп увеличения численности их жителей, увеличение роли городов в жизни общества, преобразование сельской местности в городскую, а также миграция сельского населения в города. Урбанизация (от лат. urbanus- городской) - это процесс повышения роли городов в развитии общества ...
Узнать больше...
 
Copyright © Все материалы пренадлежат - www.informecolog.ru