Теория электрической Вселенной. Часть 4: 'Изолирующий пузырь'

Продолжаю публикацию  статей, на тему обустройства Вселенной. Предыдущие главы здесь и здесь.

Помимо очень низкой электрической проводимости, плазма обладает другим свойством, а именно, способностью создавать своего рода «изолирующий пузырь» вокруг заряженных тел:

Ирвинг Ленгмюр обнаружил, что наиболее важным свойством плазмы является её способность электрически изолировать одну её часть от другой. Эта изолирующая стена состоит из двух близкорасположенных слоев, причем один слой заряжен позитивно, а другой негативно. Ленгмюр назвал это двойной оболочкой. Сегодня это называется двойной прослойкой (double layer).

Так как плазма является превосходным проводником, в ней не может происходить значительное падение напряжения, пока через неё протекает электрический ток. Если между двумя участками плазмы значительно падает электрическое напряжение, то между ними формируется двойная прослойка, сдерживающая большую часть электрического напряжения. Другими словами, самое сильное электрическое поле внутри плазмы находится в двойной прослойке. Плазма обладает почти магической способностью изолировать себя от внешних «незваных гостей». [25]

Заметьте, что если электрический потенциал космического тела уравновешивается с потенциалом окружающей его плазмы, то изолирующий пузырь исчезает. Это то, что произошло с нашей Луной, которая лишена изолирующего пузыря. [26]

На рис. 9 изображены заряженное тело (слева) и окружающая его двойная прослойка (справа). Эта двойная прослойка разделена на 3 части. Средняя часть занимает по объёму большую часть двойной прослойки. Электрический потенциал этого достаточно объёмного участка относительно постоянен и создаёт очень слабое электрическое поле. В результате этого электрический ток здесь достаточно ограничен, как и изолирующие свойства двойной прослойки. Разница потенциалов наблюдается по большей части на её внутреннем и внешнем краях, где двойная прослойка находится близко от заряженного тела (слева) и окружающего пространства/плазмы (справа).

© sott.net

Рис. 9: Изолирующий пузырь вокруг электрически заряженного тела.

Двойная прослойка значительно ограничивает электрическую разрядку тела. Без двойной прослойки поверхность тела находилась бы в непосредственном контакте с окружающим пространством, имеющим намного более отличающийся электрический потенциал. Эта разница потенциалов привела бы к быстрой и полной разрядке тела. В этом ракурсе небесные тела можно сравнить со сферическими конденсаторами.

Конденсатор, [27] также известный как конденсер, представляет из себя просто два электрода, разделенных диэлектриком, т.е. изолирующим материалом. Этим изолирующим материалом может быть воздух, бумага, древесина, стекло и т.д. Если конденсатор подсоединен к источнику электрического тока, такому как, например батарея, то заряды медленно накапливаются в обоих электродах, и электрическое поле между ними возрастает. В этот момент электрический ток, протекающий между электродами, практически отсутствует. Когда электрическое поле достигает критической отметки (известной как «пробивное напряжение диэлектрика»), происходит электрическая разрядка, и сильный электрический ток начинает внезапно протекать между этими двумя электродами. После этого вновь начинается медленное накапливание электрического заряда.

© Wikimedia Commons

Рис. 10: Конденсатор 19-го века, состоящий из 2-х параллельных пластин. Воздух между пластинами служит диэлектриком.

Тэйзер, или электрошокер, представляет из себя типичный пример применения конденсаторов: в течение нескольких секунд конденсатор заряжается 9-вольтовой батареей, после чего он может произвести очень короткую высоковольтную разрядку (вплоть до 150 000 вольт). [28]

Если мы представим себе заряженное небесное тело в роли конденсатора, то одним из электродов будет само небесное тело, а другим — внешний слой «изолирующего пузыря» (двойной прослойки). Диэлектриком (изолирующим материалом) такого конденсатора будет плазма внутри этой оболочки, также известная как плазмосфера. [29]

Солнце имеет свою собственную двойную оболочку — гелиосферу. Двойная оболочка Земли — это ионосфера. Все планеты Солнечной системы находятся внутри солнечной гелиосферы и одновременно окружены своими собственными изолирующими пузырями. На рис. 11 изображены двойная прослойка Земли (ионосфера), находящаяся внутри двойной прослойки Солнца (гелиосферы) и гелиопаузы (внешним слоем «пузыря» Солнца).

Хотя электрическая природа ионосферы Земли была признана много лет назад, только в 1994 году учёные, наконец-то, получили возможность наблюдать электрические свойства гелиосферы:

Вояджер-1 достиг «границы Солнечной системы» в декабре 2004 года; он находился на расстоянии, в 94 раза превышающее расстояние от Земли до Солнца. Учёные ожидали, что в этом регионе «сверхзвуковой солнечный ветер» должен внезапно замедлиться при встрече с межзвёздной средой на так называемой «границе ударной волны». Эта механическая аналогия сильно отличается от электрической модели, в которой Солнце рассматривается как «однополярный» корональный разряд. Т.е. Солнце формирует физический анод (позитивно заряженное тело), а плазма выполняет функцию катода (негативно заряженного тела). Высоковольтные линии электропередачи подвергаются похожей «корональной разрядке» в окружающий воздух, который формирует «виртуальный катод» (т.е. не объект, а электрически заряженную область).

В этой модели разница потенциалов между Солнцем и галактической средой, оцениваемая в десятки миллиардов вольт, сконцентрирована на границе виртуального катода с межзвёздным пространством. Таким образом, можно ожидать, что данные, полученные с Войяджера-1 будут аномальными с точки зрения магнитногидродинамической модели «ударной волны», в то время как они будут вписываться в электрическую модель. Согласно последней, Войяджер-1 вошел в «тёмную зону Фарадея» солнечной разрядки, где солнечное электрическое поле переполюсовывается. Это могло бы объяснить скопление протонов в солнечном ветре и постоянный рост аномального космического излучения из более далеких регионов космоса. [30]

Как мы видим на рис. 11, гелиосфера имеет не сферическую, а эллипсоидную форму. Это благодаря тому, что вся Солнечная система, включая гелиосферу, вращается вокруг центра нашей Галактики. Скорость движения Солнца относительно центра Млечного Пути оценивается в 220 км/с. [31] Сторона гелиосферы, обращенная в сторону центра Галактики, вокруг которой вращается Солнечная система, «сжата», [32] в то же самое время она вытянута в другом направлении.

© Sott.net

Рис. 11: Изображение Земли и её изолирующего пузыря (ионосферы) внутри гелиосферы (изолирующего пузыря Солнца). Масштаб не соблюдён.

В течение многих лет форма гелиосферы была спорной темой. Некоторые учёные утверждали, что гелиосфера должна иметь форму сферы с Солнцем в центре, в то время как сторонники плазменной космологии утверждали, что она должна иметь форму эллипсоида, подобно ионосфере Земли или кометной коме, так как в их основе лежат одни и те же электромагнитные феномены (вспомните масштабируемость плазмы). И только недавно научно-исследовательский спутник НАСА Interstellar Boundary Explorer подтвердил эллипсоидную форму гелиосферы[33] (см. рис 12).

Заметьте, что в отличие от Солнца и его планет, большинство лун в Солнечной системе, включая нашу Луну, не имеют двойную прослойку (т.е. собственную плазмосферу). Их электрический потенциал равен электрическому потенциалу окружающего космического пространства.

© NASA/IBEX

Рис. 12: Изображение изолирующего "пузыря" Солнца, имеющего эллипсоидную форму.

Однако из этого имеется как минимум одно исключение. Ганимед, спутник Юпитера и самая большая луна в Солнечной системе, таки показывает наличие плазмосферы [34] (т.е. двойной прослойки). Это можно объяснить тем, что Ганимед представляет собой электрически активное тело, недавно захваченное Юпитером — самой электрически активной планетой Солнечной системы — и теперь взаимодействующее с ним.

© NASA

Рис. 13: Спутник Юпитера Ганимед

Сноски

[25]: Scott, D. E., The Electric Sky, стр. 74

[26]: Заметьте, что хотя Луна в настоящее время и лишена всякого магнетизма, это не всегда было так. Поверхность Луны обладает остаточным магнетизмом. Пробы грунта, доставленные на Землю с Луны, подтверждают это. К сожалению, ориентация магнитного поля этих проб грунта до их доставки на Землю не была зафиксирована. См.: там же, стр. 214

[27]: Феномен кондесатора был впервые описан в 1745 году немецким физиком Эвальдом Георгом фон Кляйстом (Ewald Georg von Kleist).

[28]: Harris, T., How stun gun work, How Stuff Works. См.: electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/stun-gun3.htm

[29]: В дальнейшем мы будем взаимозаменяемо использовать понятия плазмо- и магнитосферы. Плазмосфера представляет из себя ионизированную область вокруг небесного тела, в то время как магнитосфера — это намагниченная область вокруг небесного тела. Эти концепции часто переплетаются, хотя и не всегда. Например, Венера имеет очень слабое магнитное поле и в то же время обладает большой плазмосферой. См.: Scott, D.E.,The Electric Sky, стр. 105

[30]: Thornhill, W. & Talbott, D.,The Electric Universe, стр. 44 - 45

[31]: 'Spiral Galaxies', University of Alberta.

См.: www.ualberta.ca/~pogosyan/teaching/ASTRO_122/lect24/lecture24.html

[32]: По той же причине изолирующий пузырь Земли сжат на его стороне направленной к Солнцу, так так она подвержена действию солнечного ветра, и он также имеет эллипсоидную форму. Мы рассмотрим это в подробнее в главе 28: «Струйные течения».

[33]: Interstellar Boundary Explorer (IBEX) — это научно-исследовательский спутник НАСА стоимостью в 169 млн. долларов. Результаты научных наблюдений IBEX были опубликованы в июле 2013 года и показали наличие так называемого «гелиохвоста». См.: www.nasa.gov/content/nasa-s-ibex-provides-first-view-of-the-solar-system-s-tail/#.UeQLO23oDGo

[34]: Kivelson, M. G., et al., 'Ganymede's magnetosphere: Magnetometer overview.' Journal of Geophysical Research: Planets (1991 - 2012) (1998) 103(E9): 19963 - 19972.

Источник