Fale magnetohydrodynamiczne

Fale magnetohydrodynamiczne (fale MHD) to fale ładunków elektrycznych rozprzestrzeniające się w płynie przewodzącym prąd elektryczny w obecności pola magnetycznego. Fale MHD obserwuje się w wielu obiektach astrofizycznych, w których funkcję ośrodka przewodzącego spełnia plazma, takich jak: korona i wiatr słoneczny, magnetosfery i jonosfery planet, warkocze kometarne. Pełna fizyka fal MHD nie jest w pełni poznana ze względu na różnorodność zjawisk transportu, w tym efektów nieliniowych.

W falach MHD można wyróżnić 3 podstawowe rodzaje:

• fala dźwiękowa - podłużna fala ciśnienia plazmy, która porusza się wzdłuż linii pola magnetycznego i nie wywołuje zmian tego pola, pole magnetyczne nie wpływa też na falę. Prędkość fali jest równa prędkości dźwięku.
• fala Alfvena – fala poprzeczna, propagująca się wzdłuż linii pola magnetycznego bez zmian ciśnienia płynu. siłą kierującą jest oddziaływanie ładunków z polem magnetycznym; fala ta porusza się z prędkością Alfvena.
• fala magnetodźwiękowa – fala propaguje się prostopadle do linii pola magnetycznego; w tym rodzaju fali przyczyną oscylacji są zarówno zmiany ciśnienia w płynie, jak i ciśnienia pola magnetycznego. Ruch cząstek naładowanych w określonym zakresie energii w poprzek linii pola magnetycznego łączy się z wirowaniem wzdłuż tych linii.

Fala magnetodźwiekowa rozchodzi się z prędkością większą niż prędkość Alfvena:

$v_m^2=c^2\,\frac{v_s^2+v_A^2}{c^2+v_A^2}$,

gdzie:

• v_s – prędkość dźwięku,
• v_A – prędkość Alfvena,
• c – prędkość światła w próżni.

Powyższy związek można uzyskać uwzględniając niezaniedbywalną dyfuzję pola magnetycznego, czyli szczególny zakres temperatur, bo w warunkach pełnego wmrożenia pola magnetycznego wyrażenia na prędkość propagacji fal plazmowych są znacznie prostsze. Gdy w cytowanym wzorze prędkość Alfvena jest kilka rzędów mniejsza niż prędkość światła wzór ten upraszcza się do postaci $v_m^2=v_s^2+v_A^2$. To rozwiązanie nazywane jest falą "szybką" w odróżnieniu od "wolnej" przemieszczającej się z prędkością dźwięku (z dokładnością do funkcji zależnych od kąta skłonu).

Energia fal magnetohydrodynamicznych jest przetwarzana na ciepło ośrodka, gdyż oscylacje plazmy to przepływ prądu elektrycznego tłumionego przez lepkość.