Астрономические радиопередачи (AWR) между космическими плазмами?

Мой сын спросил меня, существуют ли электромагнитные волны длиннее радио. Я сказал ему, что хотя физика и допускает такие волны, нет достаточно длинных антенн, чтобы излучать или обнаруживать их.

Однако, поразмыслив, я понял, что это не совсем правильно.

Сверхновые, такие как Крабовидная туманность, а также другие астрономические явления, такие как космические джеты, обычно создают непрерывную плазму с проводящими длинами, варьирующимися от планетарных расстояний до световых лет в поперечнике. Такие плазмы также часто находятся в сильном движении. Не делая (пока) никаких подробных расчетов, я вполне уверен, что сильное движение в таких гигантских проводящих конструкциях должно заставлять их излучать в космических радиодиапазонах (AWR, и да, я только что это придумал), возможно, мощно.

Но как обнаружить такие выбросы, даже если они существуют?

Вот тут-то и вступает в действие принцип «волоса собаки, которая тебя укусит»: достаточно мощная трансляция AWR должна быть принята и преобразована в крупномасштабные потоки плазмы любой ближайшей плазмой космического масштаба того же общего типа.

Итак, мой вопрос, если кто-то хочет ударить по чему-то столь спекулятивному:

Если излучения AWR существуют и являются достаточно мощными, чтобы создавать медленно переменные, длительные токи в плазме космического масштаба, существуют ли экспериментально обнаруживаемые оптические или коротковолновые явления, например, эффекты поляризации или более быстрое охлаждение передающей плазмы из-за неожиданной энергии? потери или неожиданный прирост энергии в принимающей плазме, по которым можно обнаружить излучение или получение AWR?

Я понимаю, что это вопрос астрономии в той же степени, что и вопрос физики, но если мой аргумент в области физики где-то совершенно неверен или верен, но не приводит к экспериментально обнаруживаемым явлениям, астрономическая часть не имеет большого значения.

08.06.2013 -- Обсуждение интересное, но, возможно, немного сместилось в сторону вопроса о гораздо более коротких (и непосредственно обнаруживаемых) ОНЧ-волнах. Эдуардо прекрасно отмечает, что межзвездная среда непрозрачна для ОНЧ. Путем простого обобщения поведения ОНЧ на гораздо более низкие частоты это также может означать, что электромагнитные волны астрономического масштаба также невозможны.

Стоит подчеркнуть, что даже если что-то в астрономическом зоопарке способно генерировать мощные излучения в диапазоне AWR, и даже если такие передачи могут дойти до Земли, я почти уверен, что ни одна антенна на Земле не сможет уловить эти передачи.

Это, в свою очередь, подчеркивает, что единственным очевидным способом обнаружения передачи энергии в полосе AWR, если она вообще существует, было бы открытие неожиданных режимов передачи энергии между видимой астрономической плазмой, которая действовала бы как генераторы и приемники AWR.

Превосходное замечание Эдуардо о непрозрачности межзвездной плазмы может дать самый простой ответ: AWR не может существовать, потому что межзвездная плазма никогда этого не допустит.

Однако та же самая проблема с непрозрачностью VLF вызывает как минимум еще два вопроса:

  1. Непрозрачность на VLF не обязательно гарантирует межзвездную непрозрачность в полосе AWR, которая, в конце концов, будет на порядки ниже по частоте. Глубоко рассуждая, AWR может, например, быть настолько мягким в своем воздействии на ионном уровне, что межзвездная плазма в конечном итоге станет для него в значительной степени прозрачной. И да, на самом деле это просто дикие домыслы, не более того.

  2. Даже если межзвездная плазма сильно поглощает AWR, любой крупный генератор энергии полосы AWR все равно, вероятно, приведет к какой-то неожиданно более высокой или более быстрой передаче энергии наружу, окружающей генератор AWR. Более конкретно: если (большой if_ AWR существует и может генерироваться на высоких уровнях мощности за счет самовозбуждения токов в быстро движущейся плазме астрономических размеров (вспомните Крабовидную туманность), но также очень быстро поглощается межзвездной средой, он все равно должен быть косвенное обнаружение, позволяющее иначе необъяснимое увеличение скорости или скорости, с которой энергия рассеивается наружу от события в окружающую межзвездную плазму.Такой эффект можно было бы косвенно обнаружить из-за отсутствия объяснения этого из других известных и хорошо смоделированных источников энергии. режимы передачи.

Я понимаю, что на данный момент это, вероятно, превратился в несправедливый вопрос, поскольку круг вопросов, которые необходимо проанализировать, довольно велик. Кажется вероятным, что идея полосы AWR, которая могла бы (возможно!) существовать и даже иметь косвенно наблюдаемые эффекты на видимые явления, такие как расширение облаков сверхновых, почти не исследовалась, если вообще исследовалась. Это интересно само по себе.

Я, вероятно, либо скоро награжу Эдуардо ответом за лучшее освещение проблемы на данный момент, либо, возможно, даже попробую бонус. Я немного заинтригован этим.

Если бы одна из этих плазм должна была излучать такую ​​волну, заряды должны были бы двигаться когерентно. Кроме того, разве плазма не пропускает электромагнитные волны? Любые такие волны могут повторно поглощаться вблизи источника.
Бен, спасибо... хорошая ссылка, и оба хороших момента. Что касается когерентности, я подозреваю (не более того), что крупномасштабное сходство в геометрии, например, расширяющейся плазменной сферы сверхновой может, в свою очередь, создавать аналогичные крупномасштабные когерентные потоки тока, с, конечно же, токами во многих других меньших масштабах. Очень хорошее замечание о прозрачности... хотя, хм, я подозреваю, что сама длина волны излучения диапазона AWR может сделать ситуацию не слишком отличающейся от непрозрачной для электромагнитного излучения металлической антенны, излучающей и принимающей. Фактически, плазма должна быть частично непрозрачной, чтобы поглощать.
IIRC ISM становится непрозрачным для частот в килогерцовом диапазоне и ниже (где-то там находится типичная плазменная частота для типичной плотности свободных электронов).
Некоторое обсуждение здесь cv.nrao.edu/course/astr534/Pulsars.html пульсара Крабовидной туманности. Его дипольный момент не совпадает с осью вращения, поэтому это невероятно мощный дипольный излучатель с частотой 30 Гц. Согласно WP en.wikipedia.org/wiki/Extremely_low_frequency , это излучение частотой 30 Гц не достигает нас, потому что оно ниже плазменной частоты межзвездной среды. Он тут же поглощается туманностью, и это заставляет туманность светиться.
Гравитационные волны лучше подходят для астрономических наблюдений на чрезвычайно низких частотах; ISM прозрачен для них.
Кроме того, мне было бы крайне сложно связать приходящую волну с направлением в небе. Ранние радионаблюдения использовали затмение Луной, чтобы помочь связать источник с оптическим кандидатом, но это было бы более сложно для вас, AWR. Они гораздо сильнее дифрагируют вокруг препятствий и, вероятно, выживут, преодолев несколько километров по Луне, размывая таким образом ее «край».
@BenCrowell, очень интересно (+1), так что 30 Гц поглощаются и термализуются (термализуются? - извините)
@BenCrowell, в книге, которую я цитировал (Choudhuri 2010), говорится: «Плазменная частота ионосферы Земли составляет около 30 МГц. Радиоволны от космических источников могут проникать через ионосферу, только если частота выше 30 МГц».
@BenCrowell ваше утверждение о том, что заставляет туманность светиться, неверно - это то, что утверждает WP, неверно. Излучение, которое мы видим на более низких частотах в самой туманности, просто вызвано плазмой с более низкой энергией; плазма, которая охладилась за счет синхротронного/обратного комптоновского излучения и адиабатического расширения пузыря туманности. Тепловое излучение за пределами ударной волны в самой туманности практически не имеет ничего общего с импульсным радиационным излучением внутри магнитосферы.

Ответы (1)

Это не ответ, а просто некоторая информация, чтобы направить вас на правильный путь, слишком длинная, чтобы быть в комментарии. Мне тоже любопытно посмотреть, что могут ответить другие пользователи с дополнительной информацией по этому вопросу.

Модели холодной плазмы (где анализ не усложнен тепловыми движениями) состоят в основном из электронов, которые почти свободно перемещаются среди более тяжелых ионов. Существует связанное количество ю п , плазменная частота :

ю п 2 "=" н е 2 ϵ 0 м е

где н - числовая плотность электронов. Для распространяющейся электромагнитной волны выполняется это соотношение:

ю 2 "=" ю п 2 + к 2 с 2

как получено в 8.13 в Choudhuri 2010

Так что для РЭБ с гораздо большей частотой, чем ю п ,

ю "=" к с
как и при любом обычном ЭВ, а значит, электроны слишком массивны, чтобы реагировать на такую ​​высокую частоту, поэтому плазма прозрачна для таких волн.

Но если частота ниже ю п , нет реального решения для к . Я предполагаю, что это означает, что падающая волна частично поглощается как затухающая волна, а остальная часть отражается обратно, но я не эксперт в этом. Вопрос в том, что низкочастотные волны не могут распространяться в плазме, потому что электроны достаточно легкие, чтобы «танцевать» с частотой набегающей волны, таким образом поглощая (и переизлучая?) энергию.

Другой вопрос, это движение сверхновой плазменной сферы, как вы говорите в своем комментарии... ну, это немного похоже на читерство. В том же смысле "Вояджер-2" представляет собой металлический объект, медленно перемещающийся на протяжении 1 светового дня в течение последних десятилетий. Это дооооолгая (невероятно слабая) РЭБ, которую она создала, верно? (да, -1 за этот абзац!). Если я понял ваш вопрос, вы, вероятно, задаетесь вопросом, есть ли в природе что-то достаточно большое, электрически ненейтральное в таком масштабе, что движется достаточно быстро, чтобы создать этот гигантский EW. Двойная черная дыра?

В книгах есть данные о ю п для ионосферной плазмы и тому подобного. Интересно, каково значение этой плотности свободных электронов межзвездной среды в комментарии Криса (опять же, я не эксперт в этом). Но я помню, что читал, что есть задержка в сигналах пульсара для низких частот, что связано с взаимодействием со свободными электронами вдоль луча зрения. Я был бы рад прочитать что-то более техническое от любого пользователя.

Эдуардо, спасибо, много интересных предложений. Я думаю, что в масштабе образ в моем сознании был самовозбуждающимся генерированием Земли электрических токов и магнитных полей из-за массовых движений и циркуляций проводящего расплавленного металла. @ChrisWhite, это звучит правильно; см., например, последний абзац о блокировке ELF вокруг магнитаров в этой статье в Википедии . Так будет ли тот же блокирующий эффект определенно распространяться так далеко вниз, или по какой-то причине появятся новые окна прозрачности? Не знаю...
@TerryBollinger, +1, очень интересная ссылка! Мне всегда было интересно, как посылаются сигналы на подводные лодки...
Астрономические радиопередачи (AWR) между космическими плазмами?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v