Введение
Магнитопауза – это резкая граница между магнитосферой и окружающей плазмой. В планетарной науке магнитопауза представляет собой границу между магнитным полем планеты и солнечным ветром. Положение магнитопаузы определяется балансом между давлением динамического магнитного поля планеты и динамическим давлением солнечного ветра. При увеличении и уменьшении давления солнечного ветра магнитопауза перемещается внутрь и наружу в ответ на это. Волны (рябь и колебательное движение) вдоль магнитопаузы движутся в направлении потока солнечного ветра, реагируя на небольшие изменения давления солнечного ветра и на неустойчивость Кельвина — Гельмгольца. Солнечный ветер является сверхзвуковым и проходит через ударный фронт, где направление потока изменяется таким образом, что большая часть плазмы солнечного ветра отклоняется в стороны от магнитопаузы, подобно тому, как вода отклоняется перед носом корабля. Область плазмы солнечного ветра, прошедшей через ударный фронт, называется магнитооболочкой. На Земле и на всех других планетах с собственными магнитными полями некоторая часть плазмы солнечного ветра проникает внутрь и захватывается магнитосферой. На Земле плазма солнечного ветра, попадающая в магнитосферу, формирует плазменный слой. Количество плазмы и энергии солнечного ветра, проникающих в магнитосферу, регулируется ориентацией межпланетного магнитного поля, встроенного в солнечный ветер. Солнце и другие звезды с магнитными полями и звездными ветрами имеют солнечную магнитопаузу или гелиопаузу, где звездная среда ограничена межзвездной средой.
The magnetopause is the abrupt boundary between a magnetosphere and the surrounding plasma. For planetary science, the magnetopause is the boundary between the planet's magnetic field and the solar wind. The location of the magnetopause is determined by the balance between the pressure of the dynamic planetary magnetic field and the dynamic pressure of the solar wind. As the solar wind pressure increases and decreases, the magnetopause moves inward and outward in response. Waves (ripples and flapping motion) along the magnetopause move in the direction of the solar wind flow in response to small scale variations in the solar wind pressure and to Kelvin–Helmholtz instability. The solar wind is supersonic and passes through a bow shock where the direction of flow is changed so that most of the solar wind plasma is deflected to either side of the magnetopause, much like water is deflected before the bow of a ship. The zone of shocked solar wind plasma is the magnetosheath. At Earth and all the other planets with intrinsic magnetic fields, some solar wind plasma succeeds in entering and becoming trapped within the magnetosphere. At Earth, the solar wind plasma which enters the magnetosphere forms the plasma sheet. The amount of solar wind plasma and energy that enters the magnetosphere is regulated by the orientation of the interplanetary magnetic field, which is embedded in the solar wind. The Sun and other stars with magnetic fields and stellar winds have a solar magnetopause or heliopause where the stellar environment is bounded by the interstellar environment.
Характеристики
До эпохи освоения космоса межпланетное пространство считалось вакуумом. Совпадение первого наблюдения солнечной вспышки и геомагнитной бури 1859 года стало свидетельством того, что во время вспышки с Солнца выбрасывалась плазма. Чапман и Ферраро предположили, что Солнце излучает плазму импульсом во время вспышки, что возмущает магнитное поле планеты, вызывая явление, известное как геомагнитная буря. Частота столкновений частиц в плазме межпланетной среды очень мала, а электрическая проводимость настолько высока, что её можно приближенно считать бесконечной. Магнитное поле в вакууме не может проникать в область с бесконечной проводимостью. Чапман и Бартельс (1940).
Если бы магнитопауза представляла собой просто границу между магнитным полем в вакууме и плазмой со слабым встроенным магнитным полем, то магнитопауза определялась бы проникновением электронов и ионов на расстояние, равное одному радиусу гироскопического вращения, в область магнитного поля. Поскольку гироскопическое движение электронов и ионов происходит в противоположных направлениях, вдоль границы протекает электрический ток. Фактическая магнитопауза гораздо сложнее.
Магнитные паузы Солнечной системы
+ Обзор магнитопауз Солнечной системы Номер планеты Магнитный момент Расстояние до магнитопаузы Наблюдаемый размер магнитосферы Вариация магнитосферы [[Меркурий (планета) 10.0004 1.5 1.40 Венера 2 0 0 00 Земля 3 1 10 102 Марс 4 0 0 00 Юпитер 5 20000 42 7525 Сатурн 6 600 19 193 Уран 7 50 25 180 Нептун 8 25 24 24.51.5
Исследования магнитопаузы проводятся с использованием системы координат LMN (которая представляет собой набор осей, аналогичных XYZ). Ось N направлена нормалью к магнитопаузе наружу, в сторону магнитооболочки, ось L лежит вдоль проекции оси диполя на магнитопаузу (положительное направление – на север), а ось M завершает триаду, указывая в сторону восхода Солнца. У Венеры и Марса отсутствует планетарное магнитное поле, и, соответственно, магнитопауза. Солнечный ветер взаимодействует с атмосферой планеты, создавая область пониженной плотности за планетой. В случае Луны и других тел, не имеющих магнитного поля или атмосферы, поверхность тела взаимодействует с солнечным ветром, и за телом также формируется область пониженной плотности.