Heute erwähnte mein Aerodynamik-Professor, dass die Gleichungen, die wir für atmosphärische Schockwellen gelernt haben, auch von Astrophysikern angewendet werden können, um Schockwellen im Zusammenhang mit Schwarzen Löchern im Weltraum zu untersuchen.
Wie ist das möglich? Ist der Weltraum nicht zu dünn für Schockwellen? Was ist eine Beispielanwendung? Er erwähnte etwas über die Dichtegrenze vor/nach einem relativistischen Schock, der sich 6 nähert.
Der Weltraum ist nicht leer, wie Sie sicher schon einmal gehört haben. Es gibt immer etwas zwischen verschiedenen Körpern, wie dem interstellaren Medium . Es gibt auch dichtere Regionen des Weltraums, einschließlich Molekülwolken und HI/H II-Regionen. Stoßwellen können sich an jedem dieser Orte bilden und sich durch sie ausbreiten. Es gibt mehrere verschiedene gemeinsame Quellen dieser Stoßwellen (siehe McKee & Hollenbach (1980) ):
Stoßwellen können sich auch auf größeren Skalen bilden (siehe Bykov et al. (2008) ), aufgrund von Dingen wie Galaxienverschmelzungen (wie oben erwähnt) und der Bildung großer Strukturen (z. B. Filamente und Galaxien-Superhaufen). Diese "kosmologischen" Schockwellen können sich durch das intergalaktische Medium, das intergalaktische Medium oder das Intracluster-Medium ausbreiten .
Siehe hier für einige andere kleinere Quellen und Schockfrontgeschwindigkeiten.
Sie stellen eine sehr gute und relevante Frage. Tatsächlich hat HE Petschek bereits 1958 einen interessanten Aufsatz über "Aerodynamische Dissipation" geschrieben . In diesem Artikel stellte er die Hypothese auf, dass man theoretisch in einem kollisionsfreien Medium (wie den meisten Plasmen im Weltraum) eine Stoßwelle erzeugen könnte . Dies war sehr umstritten, da das Konzept einer Stoßwelle eine Art irreversibler Energiedissipation erfordert, damit sich die Struktur bilden kann. Ich habe hier und hier noch ein paar Details geschrieben .
Kurz darauf sagte Paul J. Kellogg die Existenz eines Bogenschocks um die Magnetosphäre der Erde voraus . Dies wurde später durch einige der ersten Raumfahrzeugbeobachtungen bestätigt. Die zuvor erwähnte Kontroverse entstand, weil ein wirklich kollisionsfreies Plasma von der Vlasov-Gleichung (dh nur der Boltzmann-Gleichung ohne den Kollisionsoperator) bestimmt wird , die eine zeitumkehrbare Bewegungsgleichung in der kinetischen Theorie ist . Dies ist ein Problem, da die Bildung einer Stoßwelle eine Energiedissipation erfordert (dh Entropieerzeugung und/oder zeitliche Irreversibilität).
Wie ich hier besprochen habe , ist irgendeine Form der Energiedissipation erforderlich, um die nichtlineare Wellensteilerung zu stoppen . Ursprünglich gab es eine Debatte darüber, wie die Wlassow-Gleichung irgendeine Form von Irreversibilität liefern könnte . Ich habe hier eine Antwort geschrieben , in der die Irreversibilität ausführlicher erörtert wird. Nichtsdestotrotz können sich in Plasmen Schockwellen bilden und unterliegen den Rankine-Hugoniot-Beziehungen .
Im Allgemeinen benötigt man zur Bildung einer Stoßwelle einen Kolben , der sich schneller als die relevante Kommunikationsgeschwindigkeit durch ein Medium bewegt. Wie ich in dieser Antwort veranschaulicht habe , gibt es in Weltraumplasmen mehrere relevante Geschwindigkeiten. Die Theorie besagt, dass sich in Plasmen eine Schockwelle im langsamen Modus bilden kann, aber es gibt wenig Beweise dafür (zumindest sind mir dies bekannt). Die relevantere Geschwindigkeit ist der schnelle Modus oder der Magnetosonic-Modus (Hinweis: Es gibt an anderer Stelle im Internet viel bessere Beschreibungen als den Wikipedia-Link, aber dieser war schnell und einfach). Der Bugschock stromaufwärts der Erde ist also ein Schnellmodus-Schock (daher ist die Machzahl mit der Schnellmodus-Phasengeschwindigkeit definiert), ebenso wie die meisten astrophysikalischen Schocks, auf die Sie sich beziehen können.
Ich werde hier raten, da ich mehr Informationen benötigen würde, um richtig zu antworten, aber ich denke, Ihr Professor hat möglicherweise über eine asymptotische Grenze der Rankine-Hugoniot-Beziehungen für hohe Mach-Zahlen gesprochen. An der Grenze, wenn die Machzahl auf eine große Zahl geht, geht das Dichtekompressionsverhältnis über einen hydrodynamischen Schock auf 4 (unter der Annahme eines Polytropenindex von 5/3). Für magnetohydrodynamische Stoßwellen kann man ähnlich argumentieren.
Die erste grundlegende Frage lautet: „Was ist eine Flüssigkeit“ und in welchem Zustand können wir davon ausgehen, dass wir eine haben? Als die Feynam-Kurse geschrieben wurden (dh Tage des manuellen Rechnens mit wenigen Ziffern ;-) ), wurde berücksichtigt, dass Sie den Raum und die Zeit von 100 Kollisionen benötigen, dh 100 mittlere freie Weglänge. weniger als dies sind Sie in der Mechanik der Kollision zwischen Partikeln oder der Aggregatphysik oder komplizierten Zwischenprodukten, bei denen der Druck noch nicht in einen Skalar zusammengebrochen (dh thermischisiert) ist.
Interstellares Medium ist nicht dicht, aber nicht leer. Objekte wie Nebel oder Staubwolken sind ultragroß. Die betrachteten Zeitskalen sind ebenfalls riesig. Damit sie sich perfekt an den Zustand von Flüssigkeiten anpassen können, mit "Schallwellen", Überschallbewegungen usw. (Die Besonderheit ist, dass dieses Medium oft zumindest teilweise ionisiert ist, sodass die Strömungsmechanik nicht alleine spielt: Sie haben auch EM, dh Plasmaphysik + Autogravitation. ).
tpg2114
HDE226868