Нейтральный водород в токовой трубке Юпитер–Ио

Abstract

Решена магнитогидродинамическая задача о движении, термодинамических параметрах и пространственном распределении нейтрального водорода в токовой трубке Юпитер–Ио. Показано, что плазма в поперечном сечении трубки сжата азимутальным магнитным полем, индуцированным током, и образует стационарный плазменный шнур, аналогичный Z-пинчу. При значениях тока I₀~6·10⁵-3·10⁶ A, зафиксированных КА “Voyager-1”, подошвы трубки Ио движутся на высотах 900-1100 км. Концентрация нейтрального водорода в их плазме порядка 10⁸-10⁹ см⁻³. С увеличением высоты плотность вещества в трубке уменьшается и на высоте Ио составляет 10⁻⁶-10⁻⁷ долю от плотности плазмы подошв трубки Ио. Температура нейтрального водорода в трубке мало отличается от температуры окружающей ее среды, что связано с относительно малым выделением джоулева тепла. Движение плазмы вдоль оси трубки возможно лишь на участке, проходящем через тор Ио, скорость ее движения порядка 100 км/с. Радиальное движение приводит к вытеканию плазмы из трубки и рассеиванию ее в окружающем пространстве в радиусе около 10000 км. Полученные результаты качественно коррелируют с данными спектроскопии.

The magnetohydrodynamic problem on the motion, thermodynamic parameters and space distribution of neutral hydrogen in the Jupiter–Io flux tube is solved. The plasma in the tube cross-section is shown to be compressed by the current-induced azimuth magnetic field and forms a stationary plasma column similar to the Z–pinch. For the “Voyager-1” recorded current magnitudes 6·10⁵-3·10⁶ A the Io tube foots move as high as 900-1100 km. The concentration of neutral hydrogen in their plasma makes about 10⁸-10⁹ cm⁻³. With height the density of matter in a tube decreases making at the Iо height the 10⁻⁶-10⁻⁷ part of the plasma density in the Io tube foots. The neutral hydrogen temperature in a tube differs little from the ambient medium temperature that is connected to rather small Joule heat evolution. Plasma can move along the tube axis only on the length which passes through the Io torus, its speed being about 100 km/s. Radial motion results in plasma escaping from the tube and dispersal in the circumambience within a radius of about 10,000 km. The results obtained correlate qualitatively with the spectroscopic data.