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
- Железняков В. В. «Электромагнитные волны в космической плазме»
- http://www.astronet.ru/db/msg/1188576 [ 10 лютого 2012 у Wayback Machine.]
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Efekt Faradeya obertannya ploshini v zagalnomu vipadku elipsa polyarizaciyi elektromagnitnoyi hvili pri rozpovsyudzhenni yiyi v girotropnomu seredovishi Najbilsh vazhlivim v astrofizici okremim vipadkom girotropnogo seredovisha ye rozridzhena plazma z magnitnim polem U nij dlya kozhnogo napryamku i chastoti viprominyuvannya n ye dva tipi vlasnih kolivan sho rozpovsyudzhuyutsya nezalezhno normalnih hvil NV z riznimi vzagali kazhuchi eliptichnimi polyarizaciyami riznimi pokaznikami zalomlennya n1 displaystyle n 1 ta n2 displaystyle n 2 i koeficiyentami poglinannya k1 displaystyle k 1 ta k2 displaystyle k 2 Pri poshirenni v plazmi polyarizovana hvilya yavlyaye soboyu kogerentnu superpoziciyu NV sho mayut rizni fazovi shvidkosti c n1 displaystyle c n 1 ta c n2 displaystyle c n 2 Cya vidminnist prizvodit do zmini vzdovzh napryamku poshirennya zsuvu faz Df displaystyle Delta varphi mizh kolivannyami v skladovih NV Df 2pnc 0L n1 n2 dl displaystyle Delta varphi frac 2 pi nu c int limits 0 L n 1 n 2 dl integral beretsya vzdovzh shlyahu sho prohodit viprominyuvannya tobto nayavni zmini u vidstani polyarizaciyi rezultuyuchoyi hvili Efekt Faradeya vinikaye u vazhlivomu chastkovomu vipadku koli polyarizaciyi NV blizki do krugovih tobto pri nBnsin2 82cos 8 1 displaystyle frac nu B nu frac sin 2 theta 2 cos theta ll 1 nB displaystyle nu B Elektronna ciklotronna chastota 8 displaystyle theta Kut mizh magnitnim polem i napryamkom poshirennya viprominyuvannya Kut povorotu elipsa polyarizaciyi x rad pnc 0L n1 n2 dl pc 0Ln0e2nBcos 8n2 nB2dl displaystyle chi mbox rad frac pi nu c int limits 0 L n 1 n 2 dl frac pi c int limits 0 L frac nu 0 varepsilon 2 nu B cos theta nu 2 nu B 2 dl pri n gt gt nB displaystyle nu gt gt nu B x rad 2 36 104n2 0LNBcos 8dl displaystyle chi mbox rad frac 2 36 cdot 10 4 nu 2 int limits 0 L NB cos theta dl n0e Ne2pm displaystyle nu 0 varepsilon sqrt frac Ne 2 pi m Elektronna lengmyurivska chastota N displaystyle N elektronna koncentraciya B displaystyle B magnitne pole vsi velichini v odinicyah SGS Cya formula zastosovna do dosit rozridzhenoyi plazmi n0e lt lt n n nB displaystyle nu 0 varepsilon lt lt nu nu nu B dlya chastot ne duzhe blizkih do nB displaystyle nu B Krim togo mayetsya na uvazi sho na shlyahu poshirennya hvilya ne vidchuvaye poglinannya abo rozsiyuvannya 12 0L k1 k2 dl lt lt 1 displaystyle frac 1 2 int limits 0 L k 1 k 2 dl lt lt 1 Efekt Faradeya u radioastronomiyiEfekt Faradeya osoblivo vazhlivij u radioastronomiyi Tak napriklad v mizhzoryanomu seredovishi dlya N displaystyle N 0 1sm3 B displaystyle B 10 6Gs nB displaystyle nu B 2 8Gs 8 displaystyle theta 0 na shlyahu L displaystyle L 100pk 3 1 1020sm kut x 8 1 10 4l2 displaystyle chi 8 1 cdot 10 4 lambda 2 l displaystyle lambda u sm sho daye x displaystyle chi 73rad dlya l displaystyle lambda 3m ta x displaystyle chi 0 73rad dlya l displaystyle lambda 30 sm Vimiryuvannya kuta oriyentaciyi elipsa polyarizaciyi viprominyuvannya dalekogo dzherela na riznih dovzhinah hvil dozvolyaye viznachiti miru obertannya RM 0LNBcos 8dl displaystyle RM int limits 0 L NB cos theta dl tobto daye informaciyu pro shilnist mizhzoryanogo gazu magnitne pole i vidstan do dzherela Efekt Faradeya mozhe takozh vinikati pri prohodzhenni viprominyuvannya kriz plazmu v samomu dzhereli Napriklad u sonyachnij koroni pri N displaystyle N 108sm 3 B displaystyle B 10Gs 8 displaystyle theta 0 na shlyahu L displaystyle L 1010sm kut x 260l2 displaystyle chi approx 260 lambda 2 tobto x displaystyle chi gt 1 pri l displaystyle lambda gt 0 06 sm Faradeyevska depolyarizaciyaChasto efekt Faradeya prizvodit do zmenshennya stupenya linijnoyi polyarizaciyi viprominyuvannya faradeyevska depolyarizaciya Napriklad yaksho protyazhne vzdovzh promenya zoru dzherelo linijno polyarizovanogo v odnomu napryamku viprominyuvannya znahoditsya v plazmi z magnitnim polem to vid riznih chastin dzherela sposterigach prijmaye viprominyuvannya z rizno oriyentovanoyi cherez rizni shlyahi L displaystyle L polyarizaciyeyu sho zmenshuye polyarizaciyu sumarnogo viprominyuvannya Cherez ce zokrema polyarizaciya sinhrotronnogo viprominyuvannya v ploshini Galaktiki sposterigayetsya tilki v napryamkah perpendikulyarnih magnitnomu polyu de efekt Faradeya malij Faradeyevska depolyarizaciya vinikaye takozh vnaslidok kincevoyi shirini smugi chastot Dn displaystyle Delta nu prijmalnoyi aparaturi koli zmina x n displaystyle chi nu u cij smuzi ne mala Dn2n0x n0 gt 1 displaystyle frac Delta nu 2 nu 0 chi nu 0 gt 1 n0 displaystyle nu 0 Robocha chastota Efekt Faradeya v optichno tovstij plazmiV optichno tovstij plazmi tobto pri 12 0L k1 k2 dl gt gt 1 displaystyle frac 1 2 int limits 0 L k 1 k 2 dl gt gt 1 efekt Faradeya suttyevij yaksho x displaystyle chi gt 1 na serednij dovzhini hvili probigu fotona tobto pri d 2pnc n1 n2 k1 k2 gt 1 displaystyle delta equiv frac 2 pi nu c frac n 1 n 2 k 1 k 2 gt 1 Yaksho u plazmi vinikayut fotoni polyarizaciya yakih ne zbigayetsya z polyarizaciyeyu NV napriklad pri sinhrotronnomu viprominyuvannyu relyativistskih elektroniv abo pri tomsonivskomu rozsiyanni to pri d displaystyle delta gt 1 vidbuvayetsya depolyarizaciya porushuyetsya fazovij zv yazok mizh NV cherez haotichnij rozpodil chastinok sho viprominyuyut abo rozsiyuyut pri d displaystyle delta gt gt 1 viprominyuvannya poshiryuyetsya u plazmi i vihodit z neyi u viglyadi nekogerentnoyi sumishi NV Zokrema pri nB lt lt n displaystyle nu B lt lt nu magnitne pole zmenshuye linijnu polyarizaciyu dlya dovzhin hvil l gt l 2p2e3B 1 12 10 4B 1 2 displaystyle lambda gt lambda equiv 2 pi sqrt frac 2e 3B approx 1 12 cdot 10 4 B 1 2 sm de B Bcos 8 displaystyle B B cos theta Dlya B 3 10 displaystyle B sim 3 div 10 Gs l displaystyle lambda potraplyaye v optichnij diapazon a dlya B 106 1010 displaystyle B sim 10 6 div 10 10 Gs v rentgenivskij Takim chinom vimiryuvannya spektru linijnoyi polyarizaciyi optichnih i rentgenivskih dzherel dozvolyaye viznachati magnitne pole v viprominyuyuchoyi oblasti DzherelaZheleznyakov V V Elektromagnitnye volny v kosmicheskoj plazme http www astronet ru db msg 1188576 10 lyutogo 2012 u Wayback Machine