Twierdzenie Alfvéna
Twierdzenie Alfvéna, znane też jako Frozen-in Flux Theorem jest podstawową zasadą w magnetohydrodynamice (MHD), która opisuje zachowanie pól magnetycznych w przewodzącej cieczy lub plazmie. Twierdzenie to zostało zaproponowane przez szwedzkiego fizyka Hannesa Alfvéna w 1942 roku i jest kluczowe dla zrozumienia, jak pola magnetyczne zachowują się w obecności poruszających się przewodzących cieczy, takich jak wiatr słoneczny czy magnetosfery planet.
Sformułowanie twierdzenia[edytuj | edytuj kod]
Twierdzenie mówi, że linia pola magnetycznego nie może poruszać się niezależnie od plazmy i jest przenoszona razem z ruchem plazmy. Zjawisko to jest określane jako warunek „zamrożenia” i oznacza, że strumień magnetyczny (ilość pola magnetycznego przechodzącego przez daną powierzchnię) jest zachowany w idealnie przewodzącej cieczy.
Matematycznie, twierdzenie to można opisać za pomocą równań MHD (magnetohydrodynamiki). Pole magnetyczne <math>\mathbf {B}</math> i prędkość plazmy <math>\mathbf {v}</math> są powiązane przez równanie:
<math>{\displaystyle \left({\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}-\nabla \times \left(\mathbf {v} \times \mathbf {B} \right)\right)\times \mathbf {B} =0,}</math>
które mówi, pole magnetyczne jest przenoszone wraz z ruchem plazmy, czyli linie pola magnetycznego poruszają się razem z plazmą i nie mogą zmieniać swojej topologii, chyba że sama plazma przechodzi przez istotne zmiany, takie jak w procesie rekonekcji magnetycznej.
Co daje nam twierdzenie Alfvena?[edytuj | edytuj kod]
Twierdzenie opisuje sposób, w jaki pole magnetyczne jest przenoszone w plazmie. Wyjaśnia, dlaczego w przypadku wiatru słonecznego lub magnetosfery Ziemi pola magnetyczne są przenoszone razem z plazmą i dlaczego interakcje między nimi mają kluczowe znaczenie w zjawiskach związanych z pogodą kosmiczną. W przypadku wiatru słonecznego twierdzenie Alfvéna wskazuje, że międzyplanetarne pole magnetyczne (IMF) jest przenoszone na zewnątrz razem z wiatrem, zachowując swoją strukturę przez całą heliosferę. W magnetosferze Ziemi twierdzenie to pomaga wyjaśnić, jak linie pola magnetycznego Słońca są przenoszone do magnetosfery, co wpływa na burze geomagnetyczne i zorzę polarną.
Choć twierdzenie Alfvéna jest prawdziwe w normalnych warunkach, w miejscach o wysokim ciśnieniu plazmy lub prędkości następuje złamanie warunku zamrożenia, co prowadzi do rekonekcji magnetycznej. Rekonekcja to proces, w którym linie pola magnetycznego mogą się przeorganizować, uwalniając zgromadzoną energię. To zjawisko jest odpowiedzialne za takie fenomeny jak rozbłyski słoneczne, koronalne wyrzuty masy (CME) oraz burze geomagnetyczne.