Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма

Поэтому необходимо объяснить, как же представление о динамо совмещается с представлением о вмороженности магнитного поля. Ведь, в самом деле, если магнитные линии «приклеены» к частицам движущейся жидкости, то как может случиться, что на том месте, где была одна магнитная линия, их окажется сначала две, потом четыре и т. д.?

Простое и понятное объяснение этому удвоению магнитного потока дал Я. Б. Зельдович. Произошло это не совсем обычным образом. Зельдович был одним из руководителей советского атомного проекта. Поэтому ему нельзя было ездить за границу. Возможно, по мнению читателя, это нелогично. Я с этим соглашусь, но такие тогда были правила. Должен сказать, что одна моя иностранная коллега, с которой мы вместе работали несколько десятков лет, вдруг призналась, что она долгое время не могла рассказывать мне о своем отце: оказывается, он тоже работал в какой-то интересной организации, а разговор у нас с ней шел о проблемах с престарелыми родителями.

Прошло время, и Якова Борисовича все-таки иногда стали выпускать за границу. В социалистические страны, естественно. Выпустили в Польшу, на конференцию в Краков. Нам сейчас трудно оценить то состояние эйфории, в котором находился по этому поводу академик.

На конференции в Кракове как раз и возникла дискуссия о том, как же можно удвоить магнитный поток при соблюдении вмороженности. Зельдович мгновенно отреагировал. Он сказал оппоненту: «Дайте-ка мне ваш ремень. Смотрите: я его сначала вытягиваю вдвое, потом складываю в восьмерку, а потом накладываю две петли восьмерки друг на друга так, чтобы направления магнитных полей в них совпадали. Ну а потом небольшая диффузия чуть-чуть сгладит мелкие детали – и магнитный поток удвоится».

Демонстрация была очень наглядной. Оппонент Зельдовича особенно возражать не мог: приходилось поддерживать брюки руками. Случай запомнился всем, и восьмерка Зельдовича – так стали называть этот процесс – вошла в жизнь. Самому Зельдовичу не пришло в голову написать про это объяснение специальную статью: казалось, что рассказать о новой мысли в таком прекрасном месте, как Краков, уже более чем достаточно. Повезло, что в науке все-таки в основном работают интеллигентные люди, которые запоминают авторов открытий и пишут о них в своих работах.

6. Чему же равна альфа, или Немного топологии

Альфа-эффект играет решающую роль при генерации магнитных полей на Солнце, да и в других небесных телах, но чему же равна альфа? Этот вопрос, естественно, возник на самых первых же этапах изучения этого механизма генерации.

Рассказывают, что, когда к Паркеру заходили научные друзья и знакомые, они спрашивали: «Юджин, ты говоришь о каком-то коэффициенте альфа. (Точнее, Паркер называл этот коэффициент гаммой – до работ Штеенбека и сотрудников было еще далеко.) Чему же равна эта альфа?» – «Да бери 10 % от скорости (они измеряются в одних и тех же единицах) – и не ошибешься», – советовал Паркер.

Это, конечно, совершенно ненаучный совет, но, как показало время, он очень близок к тому, что действительно происходит на Солнце.

Следующим шагом в поисках оценок для альфы стала дипломная работа Фрица Краузе. Видимо, рецензент потребовал придумать хоть что-то для такой оценки. Краузе рассуждал примерно так: «Формулу для силы Кориолиса я знаю. Эта сила – вектор, точнее псевдовектор. Из него нужно построить скаляр[15], точнее псевдоскаляр. Простейший путь для этого – помножить этот вектор на какой-нибудь другой вектор, возникающий в задаче. Понятно, что во всех реальных небесных телах меняется плотность. А ее градиент – вектор. Умножу-ка я мой псевдовектор на градиент плотности, а потом поделю на что-нибудь входящее в задачу, что дает правильную размерность (размерность скорости)!» Так получилась знаменитая формула Краузе, которой несколько десятилетий пользовались все специалисты по динамо за неимением лучшего.

Дипломные работы студентов, как правило, не публикуют в хороших журналах. К счастью, в Германии эти дипломы все-таки печатают в специальных сборниках. Это очень труднодоступная литература. Естественно, на немецком языке. Тем не менее прочитали и много лет ссылались на формулу Краузе, правда, часто как на элемент физического фольклора.

Слов нет, рассуждения Краузе трудно назвать образцом строгих рассуждений, но многолетний опыт показал, что формула работает очень неплохо. Было предложено и много других, гораздо более совершенных способов для оценки альфы. Они учитывают самые разные детали гидродинамики Солнца. Например, то, что в среде Солнца есть выделенные направления – к центру Солнца, направление оси вращения и т. п. Конечно, обладая некоторым навыком, так можно лучше воспроизвести известные по наблюдениям детали строения магнитных полей.