Солнечно-земная Физика

ГЕОМЕТРИЯ МАГНИТОСФЕРЫ

Строение магнитосферы отражено в подборке рисунков, приведенных ниже, каждый может быть развернут подробнее.



В верхнем левом углу приведена схема О'Брайена, которая появилась наряду с другими четверть века назад и отражает сложившееся тогда и сохранившееся до наших дней представление об основных элементах структуры магнитсферы. Другие рисунки за одним исключением содержат те же элементы. Рассмотрим один из них подробнее.

Строение магнитосферы отражено на рисунке 1.

В результате взаимодействия солнечного ветра, набегающего на земную магнитосферу образуется головная ударная волна (bow shock), ближе к Земле переходный слой (magnetosheet) отделяет ее от магнитопаузы (magnetopause), которая является границей собственно магнитосферы, экранируя или затрудняя доступ заряженных частиц во внутренное области. Исключение составляет касп (cusp), - воронкообразный открытый сток для частиц в ограниченную область полярной шапки. Иногда эта область вытягивается в полоску, в этом случае используется название cleft (щель).

Поджатие магнитосферы и возрастание напряженности поля рассматривается в рамках задачи Чепмэна-Ферраро (1931 г.) Агентом, создающим сжатие, является электрически нейтральное облако плазмы солнечного ветра. Когда облако плазмы набегает на магнитное поле Земли, в нем индуцируется электрический ток, который, в свою очередь создает собственное магнитное поле, которое уничтожит нормальное геомагнитное поле в облаке и усиливает нормальное поле в области между облаком и Землей. Облако остановится, когда его импульс не будет израсходован на сжатие геомагнитного поля. Возникшая в результате граница называется головной ударной волной.

Внутри магнитосферы ближе всего к Земле располагается ионосфера (ionosphere), ionosphere.htm на высоте примерно от 50 до 1000 км, выше расположена плазмосфера (plasmosphere), plasmasphere.htm - область холодной плазмы, вращающейся вместе с Землей, увлекаемая электрическим полем коротации. На рисунке показана граница плазмосферы, которая перекрывается с радиационным поясом Земли (radiation belts). Вопросы строения, динамики и образования радиационных поясов рассмотрены на стр. rad_pojas.htm и yu_l.htm

На приведенном рисунке хвост магнитосферы (magnetotail) отделен от радиационного пояса зоной квазизахвата (quasitrapped region), в которой заряженные частицы двигаются так же, как в зоне захвата (ларморовское вращение, осцилляции вдоль силовой линии между зеркальными точками и магнитный дрейф). но траектория дрейфа не замыкается. Зона квазизахвата проектируется на овал активных форм полярных сияний, именно здесь ускоряются и гибнут энергичные частицы авроральной радиации. См. Область квазизахвата (Авроральная магнитосфера)


Хвост магнитосферы включает следующие структуры. В центре находится тонкий нейтральный слой (neutral sheet), по обе стороны от которого магнитное поле меняет направление. Нейтральный слой магнитного поля находится в центре плазменного слоя (plasma sheet) - области горячей плазмы, играющей важную роль в динамике возмущенной магнитосферы. Благодаря действию электрического поля конвекции (convective E-field), частицы плазменного слоя проникают из хвоста ближе к Земле, в область квазизахвата. где выступают в качестве резервуара частиц, дальнейшее ускорение которых обеспечивает заполнение радиационных поясов, вызывает полярные сияния и магнитные возмущения.

Внешнюю часть плазменного слоя имеет название граничный плазменный слой (plasmasheet boundary layer, PSBL). Здесь плазма имеет более высокую плотность и температуру и здесь регистрируются узкие пучки направленных к Земле и от Земли энергичных электронов и ионов (ffst flux events FFE), которые повидимому ответственны за активность сияний на приполюсной границе авроральной зоны..Дальний конец хвоста и признаки плазменного слоя наблюдаются вплоть до орбиты Луны (> 100 Re ).

На рисунке 2 приведены два поперечных разреза хвоста магнитосферы на расстояниях примерно 7-9 Re и 15-20 Re.

Здесь хорошо видны уже упомянутые образования, к которым следует еще добавить так называемые доли хвоста (lobes) в которых малая плотность плазмы компенсируется повышенной величиной магнитного поля. Внешний, примыкающий изнутри к магнитопаузе cлой долей хвоста именуется мантией (mantle).

Еще одно образование или процесс предпологается существующим в хвосте магнитосферы - точка пересоединения силовых линий (reconnection)или нейтральная линия. Дело в том, что геометрия магнитного поля с параллельными противоположно направленными силовыми линиями неустойчива и возможно быстрое пересоединение силовых линий, "аннигиляция" магнитного поля с выделением большой энергии на ускорение заряженных частиц. Впервые процессы пересоединения в приложении к вспышечным областям на Солнце были рассмотрены выдающимся советским физиком С.И.Сыроватским.
Существуют теории, предполагающие образование в хвосте магнитосферы одной или двух (ближней и дальней) точек пересоединения.

Л.Л.Л.

ПЕРЕСЫЛКИ

Следующие страницы справочника могут раскрыть подробнее обозначенные здесь области магнитосферы:

Модели магнитосферы. Параболическая, модельЦыганенко
Область квазизахвата (Авроральная магнитосфера)

Назад, к оглавлению справочника