Ефект Фарадея у розрідженій плазмі

Ефект Фарадея — обертання площини (в загальному випадку еліпса) поляризації електромагнітної хвилі при розповсюдженні її в гіротропному середовищі. Найбільш важливим в астрофізиці окремим випадком гіротропного середовища є розріджена плазма з магнітним полем. У ній для кожного напрямку і частоти випромінювання ν є два типи власних коливань, що розповсюджуються незалежно (нормальних хвиль, НВ) з різними (взагалі кажучи, еліптичними) поляризаціями, різними показниками заломлення та і коефіцієнтами поглинання та . При поширенні в плазмі поляризована хвиля являє собою когерентну суперпозицію НВ, що мають різні фазові швидкості: та . Ця відмінність призводить до зміни вздовж напрямку поширення зсуву фаз між коливаннями в складових НВ

(інтеграл береться вздовж шляху, що проходить випромінювання), тобто наявні зміни у відстані поляризації результуючої хвилі. Ефект Фарадея виникає у важливому частковому випадку, коли поляризації НВ близькі до кругових, тобто при

 — Електронна циклотронна частота,

 — Кут між магнітним полем і напрямком поширення випромінювання.

Кут повороту еліпса поляризації

при ,

— Електронна ленгмюрівска частота,

 — електронна концентрація

 — магнітне поле (всі величини в одиницях СГС).

Ця формула застосовна до досить розрідженої плазми ( ) для частот, не дуже близьких до . Крім того, мається на увазі, що на шляху поширення, хвиля не відчуває поглинання або розсіювання ( ).

Ефект Фарадея у радіоастрономії

Ефект Фарадея особливо важливий у радіоастрономії. Так, наприклад, в міжзоряному середовищі для = 0,1см3, = 10−6Гс ( = 2,8Гс), = 0 на шляху = 100пк = 3,1∙1020см кут ( у см),

що дає = 73рад для = 3м

та = 0,73рад для = 30 см.

Вимірювання кута орієнтації еліпса поляризації випромінювання далекого джерела, на різних довжинах хвиль, дозволяє визначити міру обертання , тобто дає інформацію про щільність міжзоряного газу, магнітне поле і відстань до джерела.

Ефект Фарадея може також виникати при проходженні випромінювання крізь плазму в самому джерелі. Наприклад, у сонячній короні

при = 108см−3, = 10Гс, = 0 на шляху = 1010см

кут , тобто > 1 при > 0,06 см.

Фарадеєвська деполяризація

Часто ефект Фарадея призводить до зменшення ступеня лінійної поляризації випромінювання (фарадеєвська деполяризація). Наприклад, якщо протяжне вздовж променя зору джерело лінійно поляризованого (в одному напрямку) випромінювання знаходиться в плазмі з магнітним полем, то від різних частин джерела спостерігач приймає випромінювання з різно орієнтованої (через різні шляхи ) поляризацією, що зменшує поляризацію сумарного випромінювання. Через це, зокрема, поляризація синхротронного випромінювання в площині Галактики спостерігається тільки в напрямках, перпендикулярних магнітному полю, де ефект Фарадея малий. Фарадеєвська деполяризація виникає також внаслідок кінцевої ширини смуги частот приймальної апаратури, коли зміна у цій смузі не мала:

 — Робоча частота.

Ефект Фарадея в оптично товстій плазмі

В оптично товстій плазмі (тобто при ) ефект Фарадея суттєвий, якщо > 1 на середній довжині хвилі пробігу фотона — тобто при

Якщо у плазмі виникають фотони, поляризація яких не збігається з поляризацією НВ (наприклад, при синхротронному випромінюванню релятивістських електронів або при томсонівскому розсіянні), то при > 1 відбувається деполяризація (порушується фазовий зв'язок між НВ) через хаотичний розподіл частинок, що випромінюють або розсіюють; при >> 1 випромінювання поширюється у плазмі і виходить з неї у вигляді некогерентної суміші НВ. Зокрема, при магнітне поле зменшує лінійну поляризацію для довжин хвиль см, де

Для Гс, потрапляє в оптичний діапазон, а для Гс — в рентгенівській. Таким чином, вимірювання спектру лінійної поляризації оптичних і рентгенівських джерел дозволяє визначати магнітне поле в випромінюючої області.

Джерела

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.