Солнечно-земная Физика

ГЕОМЕТРИЯ МАГНИТОСФЕРЫ

Л. Лазутин

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.
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). Подробнее о том, как образуются эти структуры и каковы их характеристи расказывается в соответствующем разделе ( см.).

Внутри магнитосферы ближе всего к Земле располагается ионосфера (ionosphere), на высоте примерно от 50 до 1000 км, выше расположена плазмосфера (plasmosphere), область холодной плазмы, вращающейся вместе с Землей, увлекаемая электрическим полем крротации. На рисунке показана граница плазмосферы, которая перекрывается с радиационным поясом Земли (radiation belts). Морфология, динамика и теория радиационных поясов рассмотрены в нескольких базовых файлах (см.) и обзоре Гальпера. (См. также обзор Ковтюха о геокороне горячей плазмы).
На приведенном рисунке хвост магнитосферы (magnetotail) отделен от радиационного пояса зоной квазизахвата (quasitrapped region), на остальных рисунках эта область и плазменный слой хвост объеденены вместе. Об ошибочности такого объединения мы говорили в разделе, посвященном авроральной радиации.

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. Дальний конец хвоста и признаки плазменного слоя наблюдаются вплоть до орбиты Луны (> 100 Re ). Процессы и физика плазменного слоя рассмотрены подробно в отдельных файлах .

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