Плазма

Под плазмой обычно понимают электропроводный газ, состоящий из электронов, ионов и нейтральных частиц, суммарный заряд которого равен нулю (это не исключает наличия в каждой точке не равной нулю плотности заряда). Такой газ называют частично ионизованной плазмой, в отличие от полностью ионизованной плазмы, состоящей только из электронов и ионов. В некоторых книгах под полностью ионизованной плазмой понимают газ, состоящий из электронов и голых ядер (эти определения совпадают для водородной плазмы, наиболее часто встречающейся в астрофизических приложениях).

Атмосферы Солнца и звезд, межпланетная и межзвездная среды, т. е. те среды, которые в основном рассматриваются в нашей книге, заполнены газом, находящимся в состоянии плазмы.

Существуют три способа математического описания поведения газов: рассмотрение движения отдельных частиц, статистический метод (метод кинетического уравнения для функции распределения частиц по скоростям) и гидродинамическая теория.

Первый способ удобен для описания поведения очень разреженных газов, когда взаимодействием частиц можно пренебречь и каждую частицу можно рассматривать движущейся только под действием внешних сил. Динамическое состояние частиц газа в этом случае точно определяется значениями полного набора координат и импульсов всех частиц в начальный момент времени.

Однако обычно имеют дело с очень большим числом взаимодействующих частиц и такой способ описания поведения газа становится непригодным, так как, во-первых, неизвестны начальные условия для всех частиц, и, во-вторых, если бы они и были известными, то из-за огромного числа частиц в газе было бы невозможно решить для них систему уравнений движения.

Поэтому в данном случае, для упрощения задачи, прибегают к статистическому методу описания поведения частиц, в котором используется понятие вероятности. Лежащее в основе этого метода кинетическое уравнение Больцмана для функции распределения является сложным нелинейным интегродифференциальным уравнением, а сама функция распределения определена в семимерном пространстве координат, импульсов и времени.