 |
Астронет: А. Г. Морозов, А. В. Хоперсков Физика Дисков http://variable-stars.ru/db/msg/1168623/node2.html |
<< Титульный лист | Оглавление | 1. Данные наблюдений >>
Предисловие
Существенная часть наблюдаемого вещества находится в системах, по внешнему виду напоминающих диски. К ним относится большинство галактик. Но и в самих галактиках диски встречаются достаточно часто. Наблюдаются протозвезды -- совсем молодые, только рождающиеся звезды, окруженные дисками. Немалая доля звезд входит в состав двойных систем, проходящих через стадию формирования газового диска вокруг одной из компонент. Планеты возникают из газопылевых дисков. Дискообразные системы имеются вокруг планет -- примерами могут служить кольца Сатурна, Юпитера, Нептуна. Наконец, в последнее время диски стали обнаруживать в системах, отличительной особенностью которых как раз считалось отсутствие плоских подсистем. Речь идет о сравнительно недавних наблюдениях эллиптических галактик с так называемыми "толстыми дисками". Итак, в природе имеется целая иерархия дисков. По-видимому, впервые понятие астрофизического диска возникло в предложенной Лапласом теории образования Солнечной системы. Кольца Сатурна наблюдались еще в XVII в., а галактический диск впервые "увидел" Джинс. Именно Джинс первым понял, что Млечный Путь является плоской вращающейся звездной системой -- нашей Галактикой, одной из многих.
Разумеется, физические условия в перечисленных выше системах
чрезвычайно многообразны. Вещество дисков выступает в форме
звезд, газовых облаков, газа, пыли; спектр температур лежит в
широчайших пределах от десятков до миллионов градусов;
наблюдаются магнитные поля от 
до 
Гс;
гравитационные поля во внутренних областях аккреционных дисков
настолько велики, что требуется привлечение общей теории
относительности. Дискообразные объекты объединяет между собой прежде
всего то, что существуют они благодаря совместному действию вращения и гравитации. Диски различаются не только
пространственными масштабами (от сотен километров до сотен
килопарсек), но и
характерными временами процессов -- от долей секунд до миллиардов
лет. И несмотря на все бросающиеся в глаза различия, диски во
многих случаях обнаруживают большое сходство в отношении
протекающих в них физических процессов. Очень часто один и тот же
физический механизм лежит в основе какого-либо явления в
галактическом газовом диске и в аккреционном диске вокруг
нейтронной звезды, который по размерам в триллион раз меньше.
Весьма схожие процессы (близкие в некоторых случаях даже
количественно) протекают в звездном диске, состоящем из
практически несталкивающихся частиц-звезд, и в газовом
столкновительном галактическом диске, где роль частиц играют
массивные газовые облака.
Предметом нашего рассмотрения являются астрофизические объекты. Однако уже давно вместе с широким проникновением в астрофизику современных методов теоретической физики и физики плазмы астрофизика превратилась в своего рода полигон для новых теорий, методов и гипотез. Ибо почти всегда во Вселенной находится объект, превосходящий самые смелые фантазии исследователей.
Хотя эта книга посвящена астрофизическим дискам, в первую очередь авторов интересовали не столько астрономические наблюдения, сколько физика явления, выяснение механизмов процессов, ответ на вопрос: почему это происходит или может происходить? Для физика-теоретика выход за атмосферу Земли открывает совершенно фантастические горизонты, в природе реализуются физические условия, превосходящие самые безумные идеи писателей-фантастов. И можно сказать, что научная фантастика безнадежно отстала от современной науки.
В конце 60-х -- начале 70-х годов в теоретическую астрофизику пришли исследователи, занимавшиеся физикой плазмы. В астрофизике стали применяться понятия и методы, типичные для этой области, и прежде всего стало формироваться понимание важной и часто определяющей роли коллективных процессов1. Многие физические механизмы, изученные в рамках физики плазмы, непосредственно использовались для объяснения астрофизических явлений, что во многом обусловило бурное развитие астрофизики.
За прошедшие два десятилетия ситуация начинает меняться. И теперь все чаще результаты, полученные в астрофизике, обогащают и стимулируют другие области физики. Современная теоретическая астрофизика стала ареной, где рождаются самые современные теории, находят практическое применение самые изысканные и рафинированные математические изыскания. Грань между физикой и астрофизикой все больше стирается. И может быть, главной отличительной чертой астрофизики является то, что она, как правило, комплексно исследует чрезвычайно сложные объекты, имея минимум информации о них, и чтобы понять их природу, необходимо привлекать для анализа большой набор физических дисциплин.
Буpное развитие вычислительной техники последних лет привело к появлению принципиально нового мощного метода исследования физических процессов -- вычислительного эксперимента. Численное моделирование во многих случаях оказывается единственным способом исследования физических явлений, поскольку применение аналитических методов существенно ограничивается сильной нелинейностью, многомерностью и нестационарностью систем. Разумеется, необходимо конкретизировать, что является критерием отбора материала, объединенного под названием "физика дисков". Прежде всего речь идет о крупномасштабной структуре дисков, которая обусловлена коллективными процессами. Наиболее плодотворные исследования относятся к двум направлениям: изучение динамики малых возмущений системы (проблема устойчивости) и численные (компьютерные) эксперименты, и потому этим вопросам уделяется повышенное внимание.
В настоящее время практически все проблемы, стоящие перед теоретиками и рассматриваемые в данной монографии, не получили еще окончательного решения. Во многих случаях имеется несколько подходов, последовательная реализация которых приводит к моделям, не позволяющим ответить на все вопросы, оставаясь в рамках какой-либо одной теории. Это справедливо для спиральной структуры галактик, механизма переноса углового момента вещества в аккреционных дисках, богатейшего спектра нестационарностей в квазарах или тесных двойных системах, природы релаксационных процессов в галактиках и т.д. Поэтому трудно ожидать, что во всех на первый взгляд однотипных объектах (например, крупномасштабные галактические спирали) действует один универсальный механизм.
Совершенно очевидно, что далеко не все явления, относящиеся к "физике дисков", нашли отражение в данной книге. Имеются прекрасные работы, освещающие различные аспекты астрофизических дисков, и мы будем неоднократно отсылать читателя к ним. Следует тем не менее упомянуть здесь монографию В.Л. Поляченко и А.М. Фридмана "Равновесие и устойчивость гравитирующих систем" (1976) [1] (см. также [2]), которая не только была первой, но и оказала огромное влияние на становление интересов авторов.
Вне всякого сомнения, эта книга не увидела бы свет без сотрудничества и поддержки коллег. В первую очередь хотелось бы принести слова благодарности А.М. Фридману и В.Л. Поляченко, с которыми обсуждались первоначальные замыслы. Стимулирующие обсуждения с И.Г. Коваленко, В.В. Леви, Е.А. Михайловой, Ю.М. Торгашиным, С.С. Хpаповым безусловно, помогли избежать многих недоразумений. Hам хочется адpесовать нашу пpизнательность А.В. Засову, Ю.В. Мусцевой, К.А. Постнову, М.Е. Прохорову, прочитавшим рукопись и высказавшим немало замечаний, благотворно повлиявших на ее качество. Hеоценима помощь Г.Г. Павленко в подготовке pукописи к изданию. Особую благодаpность автоpы хотят выpазить В.В. Мусцевому за большую поддеpжку и участие.
|
<< Титульный лист | Оглавление | 1. Данные наблюдений >>