Структура магнитосферы Земли.

Магнитосфера начинается на высоте 500 км над Землей – это ее внутренняя граница и тянется до расстояний примерно в 10 радиусов Земли. Внешняя граница магнитосферы не определяется однозначно: она зависит от направления и уровня Солнечной активности. Можно определить магнитосферу как область пространства вокруг Земли, физические условия в которой определяются главным образом магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли выполняет важную защитную функции: встречает космические излучения на дальних подступах к Земле. Но магнитосфера, в отличие от внутренних, более плотных слоев атмосферы, защищает только от потоков заряженных частиц, которые отклоняются магнитным полем, но не от жесткого электромагнитного излучения.

Геомагнитное поле, создаваемое внутриземными источниками, приближенно аппроксимируется с помощью диполя, ось которого наклонена относительно оси вращения Земли на 11, 5°, а его центр смещен приблизительно на 500 км в сторону Тихого океана. В результате геомагнитные координаты не совпадают с географическими. Напряженность магнитного поля Земли у поверхности примерно 0.5 Гс. Дипольный характер геомагнитного поля сохраняется до высот ~3–4 радиусов Земли. На больших удалениях от Земли поле искажается и может претерпевать значительные изменения за счет взаимодействия с Солнечным ветром и создания дополнительных магнитных полей совокупностью токов, текущих в магнитосферной плазме.

Солнечный ветер – это поток плазмы, непрерывно вытекающий в межпланетное пространство из короны Солнца, энергия частиц солнечного ветра до 1 Мэв. Плазма Солнечного ветра, состоит в основном из протонов и электронов с концентрацией (7-8) см^-3, имеет температуру ~(10⁵ – 10⁶) К и движется в окрестности Земли со скоростью (400 - 500) км/с. Параметры Солнечного ветра зависят от уровня солнечной активности. Граница магнитосферы, расположенная на дневной стороне на геоцентрическом расстоянии ~10 радиусов Земли, называется магнитопаузой. Можно написать уравнение для магнитопаузы: магнитное давление - , где Н – напряженность магнитного поля Земле, зависящая от координат, давление Солнечного ветра - , где ρ – плотность, v – скорость частиц Солнечного ветра. Поэтому для магнитопаузы имеем:

Между фронтом ударной волны и магнитопаузой располагается переходная область, в которой параметры Солнечного ветра меняются, и плазменный поток начинает обтекать магнитосферу. Геомагнитные силовые линии, вытянутые на ночной стороне очень далеко в антисолнечном направлении, формируют магнитный шлейф (хвост) магнитосферы, простирающийся на расстояние до ~1000 радиусов Земли.

Ионосфера на высоте 1000 км переходит в плазмосферу. Внешняя граница плазмосферы находится на геоцентрическом расстоянии ~4 радиуса Земли. В плазмосфере происходит постепенное уменьшение концентрации частиц и увеличение температуры. На внешней границе плазмосферы наблюдается скачкообразное уменьшение концентрации частиц от ~1000 см^-3 в плазмосфере до 10 см^-3 за ее пределами и увеличение температуры от ~10⁴ К до ~10⁵ К, что соответствует изменению кинетической энергии частиц от ~1 эВ до ~10 эВ. Резко выраженную внешнюю границу плазмосферы называют плазмопаузой.

Положение плазмопаузы зависит от геофизических условий: при повышении геомагнитной активности плазмопауза приближается к Земле, а при понижении – удаляется. С плазмосферой пространственно частично перекрываются радиационные пояса Земли, в которых сосредоточены захваченные геомагнитным полем электроны, протоны и более тяжелые ионы космических лучей с характерными энергиями ~(10⁵ – 10⁶) эВ. С момента открытия выделяют два радиационных пояса Земли: внутренний и внешний.

Внутренний радиационный пояс Земли расположен на высотах (2400 – 5600) км вокруг экваториальной плоскости в интервале географических широт от -30^◦ до + 30^◦ . Протоны внутреннего пояса имеют энергии в несколько МэВ и появляются в результате распада нейтронов, порожденных столкновениями частиц космических лучей с атомами земной атмосферы. Реакция распада нейтронов

n⁰ → p⁺ + e^- + ν _e^~,