ONDAS EN EL PLASMA
IntroducciónDebido a los comportamientos colectivos en el plasma (por los campos eléctricos y magnéticos) en el plasma se pueden desarrollar una amplia gama de oscilaciones y ondas en las frecuencias acústicas, de radio y ópticas. A grandes rasgos estas ondas se pueden dividir en dos grupos. El primer grupo se relaciona con las oscilaciones de los iones (en la figura, es la curva roja). Estas ondas tienen una frecuencia baja. Se trata de ondas acústicas influenciadas por la presencia de un campo magnético. Algunas veces les llamamos ondas magnetoacústicas. Su frecuencia típica es la frecuencia iónica del plasma: ωpi = (ne2/miε0)1/2. El segundo grupo depende de la oscilación de los electrones (la curva azul en la figura). Estas ondas tienen frecuencias de radio u ópticas y se relacionan con las ondas electromagnéticas que se propagan en el plasma. La frecuencia típica es la frecuencia plasmática de los electrones: ωpe = (ne2/meε0)1/2.
Ondas magnetoacústicasCuando ocurre una explosión en un medio homogéneo [y suponiendo que la fuente misma de la explosión es homogénea e isotrópica N. del T.], la onda acústica de choque se expande con una superficie de forma esférica. El sonido en el plasma se comporta de forma diferente. El mismo plasma es un medio anisotrópico. Esto se debe a la presencia del campo magnético. La onda acústica esta influenciada por el campo magnético, y además se expande en un medio anisotrópico. La superficie de la onda no es esférica y tiene una forma más complicada:
En la figura están esquematizadas la forma de expansión de una onda acústica, la cual es modificada por la presencia del campo magnético (y por lo tanto se le llama onda magnetoacústica). Los modos individuales de la onda se llaman: Onda de Alfvén (AW), onda magnetoacústica lenta (S) y onda magnetoacústica rápida (F). En el eje radial del diagrama polar esta expresada la velocidad de fase vf = ω/k, según el ángulo axial α entre la dirección de la expansión y la dirección del campo magnético B. Ondas electromagnéticasDe forma similar como otros medios anisotrópicos, incluso en el plasma se manifiestan ondas electromagnéticas O-Ordinarias y X-eXtraordinarias. Tal como es evidente en el diagrama introductorio, la onda ordinaria se expande solamente a frecuencias más altas que la frecuencia plasmática de los electrones. A frecuencias más bajas el plasma es opaco a la luz (radiación electromagnética). Esto se debe a que los electrones en frecuencias más bajas alcanzan a seguir los estímulos externos, vibran y absorben la energía de la onda electromagnética. Este fenómeno es muy conocido para las ondas de radio de nuestra ionósfera. Las ondas de más altas frecuencias penetran la ionósfera, es para ellas “transparente”, las ondas de más bajas frecuencias de ninguna manera penetran. Para las ondas extraordinarias la pregunta sobre la penetrabilidad o transparencia del plasma es todavía más complicada.
Expansión de la onda ordinaria (onda O)
Expansión de la onda extraordinaria (onda X)
Traducción: Arturo Ortiz Tapia, 2005 |