Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Визуализация силовых линий магнитного поля магнитосферы Земли.

В астрономии и планетологии , магнитосфера представляет собой область пространства , окружающий астрономический объект , в котором заряженные частицы влияют этого объекта магнитного поля . [1] [2] Он создается звездой или планетой с активной внутренней динамо-машиной .

В космической среде, близкой к планетному телу, магнитное поле напоминает магнитный диполь . Дальше силовые линии могут быть значительно искажены потоком электропроводящей плазмы , исходящей от Солнца (т. Е. Солнечного ветра ) или ближайшей звезды. [3] [4] Планеты, имеющие активные магнитосферы, такие как Земля, способны смягчать или блокировать эффекты солнечной радиации или космической радиации , что также защищает все живые организмы от потенциально пагубных и опасных последствий. Это изучается в рамках специализированных научных предметов физики плазмы ,космическая физика и аэрономия .

История [ править ]

Основная статья: Хронология магнитосферы

Изучение магнитосферы Земли началось в 1600 году, когда Уильям Гилберт обнаружил, что магнитное поле на поверхности Земли напоминает терреллу , небольшую намагниченную сферу. В 1940-х годах Уолтер М. Эльзассер предложил модель теории динамо , которая приписывает магнитное поле Земли движению внешнего железного ядра Земли . С помощью магнитометров ученые смогли изучить вариации магнитного поля Земли в зависимости от времени, широты и долготы.

Начиная с конца 1940-х годов для изучения космических лучей стали использовать ракеты . В 1958 году был запущен спутник Explorer 1 , первый из серии космических миссий Explorer, для изучения интенсивности космических лучей над атмосферой и измерения колебаний этой активности. Эта миссия зафиксировала существование радиационного пояса Ван Аллена (расположенного во внутренней области магнитосферы Земли), а последующий спутник Explorer 3 в том же году окончательно доказал его существование. Также в 1958 году Юджин Паркер предложил идею солнечного ветра , а термин «магнитосфера» предложил Томас Голд.в 1959 году, чтобы объяснить, как солнечный ветер взаимодействует с магнитным полем Земли. Более поздняя миссия Explorer 12 в 1961 году под руководством Кэхилла и Амазина, наблюдавшая в 1963 году внезапное уменьшение напряженности магнитного поля около полуденного меридиана, позже была названа магнитопаузой . К 1983 году International Cometary Explorer наблюдал хвост магнитосферы или далекое магнитное поле. [4]

Структура и поведение [ править ]

Магнитосферы зависят от нескольких переменных: типа астрономического объекта, природы источников плазмы и импульса, периода вращения объекта, характера оси, вокруг которой вращается объект, оси магнитного диполя и величины и направление потока солнечного ветра .

Планетарное расстояние, на котором магнитосфера может противостоять давлению солнечного ветра, называется расстоянием Чепмена – Ферраро. Это удобно моделируется формулой, в которой представляет радиус планеты, представляет магнитное поле на поверхности планеты на экваторе и представляет скорость солнечного ветра:

Магнитосфера классифицируется как «внутренняя», когда или когда основным противодействием потоку солнечного ветра является магнитное поле объекта. Например, Меркурий , Земля, Юпитер , Ганимед , Сатурн , Уран и Нептун обладают собственными магнитосферами. Магнитосфера классифицируется как «индуцированная» , если солнечному ветру не противодействует магнитное поле объекта. В этом случае солнечный ветер взаимодействует с атмосферой или ионосферой планеты (или поверхностью планеты, если на планете нет атмосферы). У Венеры есть индуцированное магнитное поле, а это означает, что поскольку у Венеры нетвнутренний динамо-эффект , единственное присутствующее магнитное поле - это то, что образуется солнечным ветром, охватывающим физическое препятствие Венеры (см. также индуцированную Венерой магнитосферу ). Когда , сама планета и ее магнитное поле вносят свой вклад. Не исключено, что Марс именно такого типа. [5]

Структура [ править ]

Художественная передача структуры магнитосферы: 1) Ударная волна. 2) Магнитоэпид. 3) Магнитопауза. 4) Магнитосфера. 5) Северная мочка хвоста. 6) Южная мочка хвоста. 7) Плазмосфера.

Удар лука [ править ]

Инфракрасное изображение и художественная концепция ударной волны вокруг R Hydrae
Основная статья: Удар из лука

Головная ударная волна образует самый внешний слой магнитосферы; граница между магнитосферой и окружающей средой. Для звезд это обычно граница между звездным ветром и межзвездной средой ; для планет скорость солнечного ветра уменьшается по мере приближения к магнитопаузе. [6]

Магнито-оболочка [ править ]

Основная статья: Магнитошат

Магнитослой - это область магнитосферы между головной ударной волной и магнитопаузой. Он образуется в основном из-за ударного солнечного ветра, хотя и содержит небольшое количество плазмы из магнитосферы. [7] Это область с высоким потоком энергии частиц , где направление и величина магнитного поля меняются беспорядочно. Это вызвано сбором газа солнечного ветра, который эффективно термализуется . Он действует как подушка, которая передает давление от потока солнечного ветра и барьер магнитного поля от объекта. [4]

Магнитопауза [ править ]

Основная статья: Магнитопауза

Магнитопауза - это область магнитосферы, в которой давление планетарного магнитного поля уравновешивается давлением солнечного ветра. [3] Это конвергенция сотрясенного солнечного ветра из магнитослоя с магнитным полем объекта и плазмой из магнитосферы. Поскольку обе стороны этой конвергенции содержат намагниченную плазму, взаимодействия между ними сложны. Структура магнитопаузы зависит от числа Маха и бета плазмы, а также от магнитного поля. [8] Магнитопауза меняет размер и форму, поскольку давление солнечного ветра колеблется. [9]

Магнитохвост [ править ]

Напротив сжатого магнитного поля находится хвост магнитосферы, где магнитосфера простирается далеко за пределы астрономического объекта. Он содержит две доли, называемые северной и южной долями хвоста. Линии магнитного поля в северной части хвоста указывают на объект, а силовые линии в южной части хвоста - в сторону. Доли хвоста почти пустые, с небольшим количеством заряженных частиц, противостоящих потоку солнечного ветра. Два лепестка разделены плазменным слоем, областью, где магнитное поле слабее, а плотность заряженных частиц выше. [10]

Магнитосфера Земли [ править ]

Смотрите также: магнитное поле Земли § Магнитосфера
Дополнительная информация: Плазмосфера.
Художественная интерпретация магнитосферы Земли
Схема магнитосферы Земли

На экваторе Земли силовые линии магнитного поля становятся почти горизонтальными, а затем снова соединяются в высоких широтах. Однако на больших высотах магнитное поле значительно искажается солнечным ветром и его солнечным магнитным полем. На дневной стороне Земли магнитное поле значительно сжимается солнечным ветром на расстояние примерно 65 000 километров (40 000 миль). Носовая ударная волна Земли имеет толщину около 17 километров (11 миль) [11] и расположена на расстоянии около 90 000 километров (56 000 миль) от Земли. [12] Магнитопауза существует на расстоянии нескольких сотен километров над поверхностью Земли. Магнитопаузу Земли сравнивают с ситом, потому что оно пропускает внутрь частицы солнечного ветра.Неустойчивости Кельвина – Гельмгольца возникают, когда большие завихрения плазмы движутся по краю магнитосферы с другой скоростью, чем магнитосфера, заставляя плазму скользить мимо. Это приводит к магнитному пересоединению , и когда силовые линии магнитного поля разрываются и повторно соединяются, частицы солнечного ветра могут проникать в магнитосферу. [13] На ночной стороне Земли магнитное поле распространяется в хвосте магнитосферы, длина которого превышает 6 300 000 километров (3 900 000 миль). [3] Хвост магнитосферы Земли является основным источником полярного сияния . [10]Кроме того, ученые НАСА предположили, что хвост магнитосферы Земли может вызывать «пыльные бури» на Луне, создавая разность потенциалов между дневной и ночной сторонами. [14]

Другие объекты [ править ]

Многие астрономические объекты создают и поддерживают магнитосферы. В Солнечной системе это включает в себя Солнце, Меркурий , Юпитер , Сатурн , Уран , Нептун , [15] и Ганимед . Магнитосфера Юпитера является крупнейшей планетарной магнитосферой в Солнечной системе, простираясь до 7,000,000 километров (4300000 миль) на дневной стороне и почти до орбиты Сатурна на зловещем. [16] Магнитосфера Юпитера на порядок сильнее земной , а его магнитный момент примерно в 18 000 раз больше. [17]С другой стороны, Венера , Марс и Плутон не имеют магнитного поля. Это могло оказать значительное влияние на их геологическую историю. Предполагается, что Венера и Марс, возможно, потеряли свою изначальную воду из-за фотодиссоциации и солнечного ветра. Сильная магнитосфера сильно замедляет этот процесс. [15] [18]

См. Также [ править ]

  • Геокосмическая промышленность
  • Плазма (физика)

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Магнитосферы» . НАСА Наука . НАСА.
  2. ^ Рэтклифф, Джон Эшворт (1972). Введение в ионосферу и магнитосферу . КУБОК Архив . ISBN 9780521083416.
  3. ^ а б в «Ионосфера и магнитосфера» . Британская энциклопедия . Британская энциклопедия, Inc. 2012.
  4. ^ a b c Ван Аллен, Джеймс Альфред (2004). Истоки физики магнитосферы . Айова-Сити, штат Айова, США: Университет Айовы Пресс . ISBN 9780877459217. OCLC  646887856 .
  5. ^ Blanc, M .; Kallenbach, R .; Еркаев, Н.В. (2005). «Магнитосферы Солнечной системы». Обзоры космической науки . 116 (1–2): 227–298. Bibcode : 2005SSRv..116..227B . DOI : 10.1007 / s11214-005-1958-у . S2CID 122318569 . 
  6. ^ Sparavigna, AC; Р. Мараццато (10 мая 2010 г.). «Наблюдение за толчками лука звезды». arXiv : 1005.1527 . Bibcode : 2010arXiv1005.1527S . Cite journal requires |journal= (help)
  7. ^ Paschmann, G .; Шварц, SJ; Escoubet, CP; Хааланд, С., ред. (2005). Внешние границы магнитосферы: результаты кластера (PDF) . Обзоры космической науки . Серия космических наук ISSI. 118 . DOI : 10.1007 / 1-4020-4582-4 . ISBN  978-1-4020-3488-6.
  8. Перейти ↑ Russell, CT (1990). «Магнитопауза». В Рассел, Коннектикут; Священник, скорая помощь; Ли, LC (ред.). Физика магнитных канатов . Американский геофизический союз. С. 439–453. ISBN 9780875900261. Архивировано из оригинала 2 февраля 1999 года.
  9. ^ Стерн, Дэвид П .; Передо, Маурисио (20 ноября 2003 г.). «Магнитопауза» . Исследование магнитосферы Земли . НАСА . Дата обращения 19 августа 2019 .
  10. ^ а б «Хвост магнитосферы» . НАСА.
  11. ^ «Кластер показывает, что ударная волна Земли очень тонкая» . Европейское космическое агентство . 16 ноября 2011 г.
  12. ^ "Кластер показывает преобразование ударной волны Земли" . Европейское космическое агентство . 11 мая 2011г.
  13. ^ «Кластер наблюдает« пористую »магнитопаузу» . Европейское космическое агентство . 24 октября 2012 г.
  14. ^ http://www.nasa.gov/topics/moonmars/features/magnetotail_080416.html НАСА, Луна и Магнитохвост
  15. ^ а б «Планетарные щиты: магнитосферы» . НАСА . Проверено 5 января 2020 года .
  16. ^ Хурана, KK; Кивельсон, MG; и другие. (2004). «Конфигурация магнитосферы Юпитера» (PDF) . In Bagenal, F .; Даулинг, Т. Э .; Маккиннон, ВБ (ред.). Юпитер: планета, спутники и магнитосфера . Издательство Кембриджского университета . ISBN  978-0-521-81808-7.
  17. Перейти ↑ Russell, CT (1993). «Планетарные магнитосферы». Отчеты о достижениях физики . 56 (6): 687–732. Bibcode : 1993RPPh ... 56..687R . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 56/6/001 .
  18. ↑ НАСА (14 сентября 2016 г.). «Обнаружение рентгеновских лучей проливает новый свет на Плутон» . nasa.gov . Проверено 3 декабря +2016 .