Магнитосфера

Самой внешней и протяженной оболочкой Земли является магнитосфера – область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц.

Исследования, проведенные при помощи космических зондов и искусственных спутников Земли, показали, что Земля постоянно находится в потоке корпускулярного излучения Солнца (так называемый солнечный ветер). Он образуется благодаря непрерывному расширению (истечению) плазмы солнечной короны и состоит из заряженных частиц (протонов, ядер и ионов гелия, а также более тяжелых положительных ионов и электронов). У орбиты Земли скорость направленного движения частиц в потоке колеблется от 300 до 800 км/сек. Солнечная плазма несет с собой магнитное поле, напряженность которого в среднем равна 4,8–10^-За/м (6 х 10^-5 э).

При столкновении потока солнечной плазмы с препятствием – магнитным полем Земли – образуется распространяющаяся навстречу потоку ударная волна, фронт которой со стороны Солнца в среднем локализован на расстоянии 13–14 радиусов Земли (R_Å) от ее центра. За фронтом ударной волны следует переходная область толщиной примерно 20 тыс. км, где магнитное поле солнечной плазмы становится неупорядоченным, а движение ее частиц – хаотичным. Температура плазмы в этой области повышается примерно с 200 тыс. градусов 10 млн. градусов.

Переходная область примыкает непосредственно к магнитосфере Земли, граница которой – магнитопауза – проходит там, где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением магнитного поля Земли. Она расположена со стороны Солнца на расстоянии около 10–12 R (_Å) (70–80 тыс. км) от центра Земли; ее толщина – примерно 100 км. Напряженность магнитного поля Земли у магнитопаузы – 8 х 10^-2а/м (10^-3э), т. е. значительно выше напряженности поля солнечной плазмы на уровне орбиты Земли. Потоки частиц солнечной плазмы обтекают магнитосферу и резко искажают на значительных расстояниях от Земли структуру ее магнитного поля. Примерно до расстояния 3 R_Å от центра Земли магнитное поле еще достаточно близко к полю магнитного диполя. Регулярность поля здесь нарушают лишь магнитные аномалии. Влияние наиболее крупных аномалий сказывается до высот около 0,5R_Å над поверхностью Земли. На расстояниях, превышающих 3 R_Å, магнитное поле ослабевает медленнее, чем поле диполя, а его силовые линии с солнечной стороны несколько прижаты к Земле. Линии геомагнитного поля, выходящие из полярных областей Земли, отклоняются солнечным ветром на ночную сторону Земли. Там они образуют «хвост» («шлейф») магнитосферы протяженностью более 5 млн. км. Пучки магнитных силовых линий противоположного направления разделены в «хвосте» областью очень слабого магнитного поля (нейтральным слоем), где концентрируется горячая плазма с температурой в млн. градусов.

Магнитосфера реагирует на проявления солнечной активности, вызывающей заметные изменения в солнечном ветре и его магнитном поле. Возникает сложный комплекс явлений, получивший название магнитной бури. При бурях наблюдается непосредственное вторжение в магнитосферу частиц солнечного ветра, происходит нагрев и усиление ионизации верхних слоев атмосферы, ускорение заряженных частиц, увеличение яркости полярных сияний, возникновение электромагнитных шумов, нарушение радиосвязи на коротких волнах и т. д. В области замкнутых линий геомагнитного поля существует так называемая магнитная подушка для заряженных частиц. Нижняя ее граница определяется поглощением захваченных в ловушку частиц атмосферой на высоте несколько сот км. Верхняя граница практически совпадает с границей магнитосферы на дневной стороне Земли, несколько снижаясь на ночной стороне. Потоки захваченных в ловушку частиц высоких энергий (главным образом протонов и электронов) образуют так называемый радиационный пояс Земли. Частицы радиационного пояса представляют значительную радиационную опасность при полетах в космос.