Межпланетное магнитное поле
Межпланетное магнитное поле ( ММП ), также обычно называемое гелиосферным магнитным полем ( ГМП ) [2] , представляет собой компонент солнечного магнитного поля , который вытягивается из солнечной короны потоком солнечного ветра и заполняет Солнечную систему .
Корональная и плазма солнечного ветра
Плазма короны и солнечного ветра обладает высокой электропроводностью , что означает, что линии магнитного поля и потоки плазмы эффективно «заморожены» вместе [3] [4] , и магнитное поле не может диффундировать через плазму в интересующих временных масштабах. В солнечной короне магнитное давление значительно превышает давление плазмы, и, таким образом, плазма в первую очередь структурирована и ограничена магнитным полем . Однако с увеличением высоты через корону солнечный ветер ускоряется, поскольку он извлекает энергию из магнитного поля через взаимодействие силы Лоренца , в результате чего импульс потока превышает сдерживающую силу магнитного натяжения , и корональное магнитное поле вытягивается солнечным ветром, образуя IMF. Это ускорение часто приводит к тому, что IMF становится локально сверхзвуковым на расстоянии до 160 а.е. от Солнца. [5]
Динамическое давление ветра доминирует над магнитным давлением в большей части Солнечной системы (или гелиосферы ), так что магнитное поле втягивается в спираль Архимеда ( спираль Паркера [6] ) за счет комбинации внешнего движения и вращения Солнца . В околоземном пространстве ММП номинально составляет угол приблизительно 45° к линии Земля-Солнце, хотя этот угол меняется в зависимости от скорости солнечного ветра. Угол ММП к радиальному направлению уменьшается с гелиоширотой, поскольку скорость фотосферной точки основания уменьшается.
В зависимости от полярности фотосферической точки основания гелиосферное магнитное поле закручивается спиралью внутрь или наружу; магнитное поле следует той же форме спирали в северной и южной частях гелиосферы, но с противоположным направлением поля. Эти два магнитных домена разделены токовым слоем ( электрическим током , который ограничен изогнутой плоскостью). Этот гелиосферный токовый слой имеет форму, похожую на закрученную юбку балерины , и меняет форму в течение солнечного цикла, поскольку магнитное поле Солнца меняет полярность примерно каждые 11 лет.
Магнитное поле на орбите Земли
Плазма в межпланетной среде также ответственна за силу магнитного поля Солнца на орбите Земли, которая более чем в 100 раз больше, чем первоначально предполагалось. Если бы космос был вакуумом, то магнитное дипольное поле Солнца — около 10−4 тесла на поверхности Солнца [требуется цитата] — уменьшалось бы с обратным кубом расстояния до примерно 10−11 тесла. Но спутниковые наблюдения показывают, что оно примерно в 100 раз больше и составляет около 10−9 тесла . [ требуется цитата ] Магнитогидродинамическая ( МГД ) теория предсказывает, что движение проводящей жидкости (например, межпланетной среды) в магнитном поле индуцирует электрические токи, которые, в свою очередь, генерируют магнитные поля — и в этом отношении оно ведет себя как МГД-динамо . [ требуется цитата ]
Межпланетное магнитное поле на орбите Земли меняется в зависимости от волн и других возмущений в солнечном ветре, известных как « космическая погода ». Поле является вектором с компонентами в радиальном и азимутальном направлениях, а также компонентом, перпендикулярным эклиптике. Поле изменяется по силе вблизи Земли от 1 до 37 нТл, составляя в среднем около 6 нТл. [7] С 1997 года солнечное магнитное поле отслеживается в реальном времени спутником Advanced Composition Explorer (ACE), расположенным на гало-орбите в точке Лагранжа Солнце–Земля L1; с июля 2016 года оно отслеживается спутником Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), также в точке Солнце–Земля L1 (при этом ACE продолжает служить в качестве резервного измерения). [8]
Смотрите также
Ссылки
- ^ helio.gif (350×273) (Изображение).
- ^ Оуэнс, Мэтью Дж.; Форсайт, Роберт Дж. (2013-11-28). "Гелиосферное магнитное поле". Living Reviews in Solar Physics . 10 (1): 5. arXiv : 1002.2934 . Bibcode :2013LRSP...10....5O. doi : 10.12942/lrsp-2013-5 . ISSN 2367-3648. S2CID 122870891.
- ^ Робертс, Пол Х. (2007), «Теорема Альфвена и приближение замороженного потока», в Габбинс, Дэвид; Эрреро-Бервера, Эмилио (ред.), Энциклопедия геомагнетизма и палеомагнетизма , Springer Netherlands, стр. 7–11 , doi :10.1007/978-1-4020-4423-6_5, ISBN 9781402044236
- ^ Гурнетт, Дональд А.; Бхаттачарджи, Амитава (2017-02-20). Введение в физику плазмы. Cambridge University Press. ISBN 978-1-107-02737-4.
- ↑ Hundhausen, AJ (1995-04-28), «Солнечный ветер», Введение в космическую физику , Cambridge University Press, стр. 91–128 , получено 25 октября 2024 г.
- ^ Паркер, EN, «Динамика межпланетного газа и магнитных полей», (1958) Astrophysical Journal , т. 128, стр. 664
- ^ Глоссарий, межпланетное магнитное поле (ММП) Архивировано 29.04.2012 в Wayback Machine , Юго-Западный исследовательский институт. Получено 11 февраля 2020 г.
- ^ Межпланетное магнитное поле (ММП), Space Weather Live. Получено 11 февраля 2020 г.
