Планета Земля и ее атмосфера. Земля как планета. Форма и размеры. Гравитационное поле. Магнитное поле., страница 15

Магнитосфера Земли — область локализации геомагнитного поля, обтекаемого солнечным ветром. Магнитосфера включает: внутреннюю (замкнутую), приблизительно дипольную область поля, являющуюся геомагнитной ловушкой заряженных частиц; и внешнюю часть, состоящую из магнитных силовых линий, «заметаемых» солнечным ветром с дневной стороны на ночную и образующих на ночной стороне магнитный шлейф Земли. На рисунках 2.5-6.11.а и b  показан меридиональный разрез (сечение плоскостью полуденно - полуночного меридиана), демонстрирующий типичную конфигурацию силовых линий магнитного поля Земли в магнитосфере. Взаимодействие магнитосферы с солнечным ветром, который набегает на Землю со сверхзвуковыми скоростями (250…800 км/с) приводит к образованию ударной волны на расстоянии около 8…20 радиусов от центра Земли по направлению к Солнцу. Область между ударной волной и границей магнитосферы (магнитопаузой), заполненную сжатой горячей плазмой солнечного ветра, называют магнитной переходной областью. «Размеры» магнитосферы сильно меняются: они определяются в основном балансом между динамическим давлением солнечного ветра и магнитным давлением геомагнитного поля. Под действием тангенциальных сил солнечного ветра на магнитопаузе силовые линии геомагнитного поля вытягиваются вниз по потоку: образуется так называемый хвост магнитосферы или магнитный шлейф, простирающийся на сотни радиусов Земли (далеко за орбиту Луны). Силовые линии магнитного поля в шлейфе частично замыкаются на больших расстояниях, а частично соединяются с силовыми линиями межпланетного магнитного поля. В шлейфе начинаются ускорение и нагрев магнитосферной плазмы, однако эта область магнитосферы еще плохо изучена. Вообще говоря, внешние части магнитосферы наиболее динамичны и наиболее чувствительны к изменению параметров солнечного ветра, т. е. они наиболее чувствительны к уровню солнечной активности.

Северная и Южная половины магнитного шлейфа Земли разделены приблизительно в плоскости эклиптики нейтральным слоем – областью пониженной напряженности магнитного поля. Характерный размер (толщина) нейтрального слоя составляет доли Земного радиуса. Напряженность магнитного поля в магнитном шлейфе составляет ~ 12 А/м на расстоянии 30 R_З,в то время, как в нейтральном  слое она меняется в пределах от 0,08…1,6 мА/м. Устойчивое существование магнитного шлейфа обуславливается сложной системой токов в межпланетном пространстве и в окрестностях Земли.

Как уже говорилось, основное условие, определяющее положение границы магнитосферы,— равенство магнитного давления земного поля и кинетического давления солнечного ветра. (Если солнечный ветер является идеально проводящей средой без магнитного поля, геомагнитное поле не может проникать в эту среду, и пограничный слой должен быть очень тонким.).

В пограничном слое напряжённость поля увеличивается (по сравнению с дипольной) в результате наложения на основное геомагнитное поле поля пограничных токов, создаваемых частицами солнечного ветра. За пределами магнитосферы и пограничного слоя геомагнитное поле должно полностью нейтрализоваться полем пограничных токов. Однако наличие межпланетного магнитного поля, а также ряд других причин придают пограничному слою магнитосферы «размытый» характер.

Магнитопауза — граница магнитосферы, включая пограничный слой. Магнитопауза характеризуется сравнительно резким спадом геомагнитного поля до нуля, переориентацией вектора напряженности поля и переходом к области хаотического, т. е. неупорядоченного магнитного поля, в которой осуществляется переход от геомагнитного поля к межпланетному магнитному полю (см. рисунок 2.5-6.12.). Характерный размер (протяжённость) магнитопаузы на дневной стороне в плоскости экватора составляет около сотни км, протяженность переходной области между магнитопаузой и отошедшей ударной волной — 2…4 земных радиуса. Поле принимает более регулярный характер после перехода через фронт ударной волны в область межпланетной плазмы: напряжённость поля в переходной области в среднем в несколько раз превышает напряжённость межпланетного поля. Течение плазмы в области магнитопаузы, как показывают исследования с помощью ИСЗ, имеет весьма сложный характер.