Магнитосферы планет. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

При обтекании планет солнечным ветром (CB) могут возникать магнитосферы (M.) разл. типов (в зависимости от природы препятствия, создаваемого планетой для CB).

Собственная M. В тех случаях, когда планета обладает магн. моментом, достаточно большим для того, чтобы давление собств. магн. поля уравновешивало динамич. давление CB за пределами ионосферы, образуется собств. M.- область в межпланетном пространстве, свободная (в первом приближении) от CB и содержащая линии магн. поля, выходящие из планеты (см. рис. 1 вст. Магнитосфера Земли). Собств. M. обладают Земля, Меркурий, Юпитер, Сатурн, Уран.

Наведённая, или индуцированная, M. В тех случаях, когда собств. магн. поле незначительно и планета имеет достаточно плотную ионосферу, при контакте CBc ионосферой в ней, под действием ло-ренцева электрич. поля

(v и В - скорость и магн. поле CB), возбуждаются электрич. токи. Магн. поле этих токов и образует наведённую M. Таким M. обладают Венера и кометы.

Комбинированная M. Если собств. магн. поля планеты недостаточно для того, чтобы своим давлением предотвратить контакт CB с ионосферой, но его величина соизмерима с величиной наведённого магн. поля, возникает комбиниров. M. Возможно, что M. талого типа обладает Марс.

M. всех трёх типов являются препятствием для сверхзвукового и сверхальвеновского CB, и перед ними возникает бесстолкновнт. ударная волна. Если небесное тело не имеет ни собств. магн. поля, ни ионосферы, то заряж. частицы CB беспрепятственно достигают поверхности тела и рекомбинируют на ней. В результате позади тела возникает полость, ограниченная Маха конусом. Так взаимодействуют с CB Луна и, вероятно, большинство астероидов.

M. Меркурия была открыта в 1974 при пролётах около планеты автоматич. межпланетной станции (AMC) "Маринер-10". Магнитосфера Меркурия невелика (см. табл.), но в ней имеются все осн. черты собственной M., за исключением плазмосферы и радиац. пояса (определения этих и др. терминов см. в ст. Магнитосфера Земли ).Плазмосфера отсутствует, т. к. у Меркурия нет заметной ионосферы, а отсутствие радиац. пояса объясняется тем, что область замкнутых магн. силовых линий мала и токовый слой магн. хвоста начинается почти от поверхности планеты.

M. Венеры. Первые исследования взаимодействия CB с Венерой были выполнены в 1967 на AMC "Венера-4" и "Маринер-5", к-рые не обнаружили следов собств. магн. поля Венеры и позволили лишь установить верх, предел для магн. момента планеты. AMC "Венера-9,-10" в 1976 обнаружили протяжённый магн. хвост, топология к-рого наминает топологию хвоста собств. M., но ориентация магн. ноля в нём полностью определяется межпланетным магн. полем (ММП). Наведённая M. Венеры была подробно исследована AMC "Венера-9, -10" и "Пионер - Венера". Её конфигурация изображена на рис. 1. На дневной стороне индуцированные в ионосфере лоренцевские электрич. токи экранируют её от проникновения ММП (магн. поле в ионосфере ~10^-5Гс). Ионосфера имеет резкую границу - ионопаузу, и перед ней поле лоренцевых токов создаёт магн. барьер (~8*10^-4 Гс), к-рый тормозит плазму CB.

Отд. силовые трубки из магн. барьера могут проникать внутрь ионосферы, где в них возбуждается продольный ток, в результате к-рого трубки сворачиваются в магн. жгуты. На ночной стороне линии магн. поля, огибая ионосферу, вытягиваются в направлении от Солнца, образуя магн. хвост. Ориентация токового слоя в этом хвосте определяется направлением ММП. Такой механизм образования наведённой M. при взаимодействии потока замагниченной плазмы с плазменным препятствием был предложен X.

Альвеном (H. Alfven) для комет и впервые продемонстрирован в лаб. модельном эксперименте. Аналогичным образом взаимодействуют потоки плазмы внутри M. Юпитера и Сатурна с их спутниками Ио, Титаном и др.

M. Марса была исследована AMG "Марс-2, -3" (1972) и "Марс-5" (1974). Ввиду того что эти аппараты пересекали лишь её границы, их данные не поддаются однозначной интерпретации. Достаточно твёрдо установлено существование бесстолкновит. ударной волны и области с регулярным магн. полем на дневной и ночной сторонах вблизи планеты.

Рис. 2. Комбинированная магнитосфера. Линиями показаны силовые линии магнитного поля, крестиками и точками - направление магнитного поля, заштрихованные области соответствуют наведённому, незаштрихованные - собственному магнитному полю.

Эта область отождествлена с M. Марса. В литературе приводятся величины магн. момента Марса от значений, отвечающих возникновению наведённой M. (10²² Гс*см³), до значений, соответствующих образованию собственной M. Большинство исследователей считают наиболее реальной величину магн. момента (1 -1,5)*10²²Гc*см³, при к-рой можно ожидать возникновения у Марса комбиниров. M., по крайней мере в тех случаях, когда давление CB велико. Нет единодушия и в определении ориентации марсианского диполя. В комбиниров. M. можно ожидать существования раздельных областей наведённого и собственного магн. полей. Линии наведённого магн. поля должны обволакивать собств. M. Схема комбиниров. M. в случае ММП, перпендикулярного оси диполя, приведена на рис. 2. В этом случае меридиональные сечения M. обнаруживают топологию поля, характерную для собств. M., а наведённое поле локализуется в экваториальной части M.

M. Юпитера и Сатурна. Существование собств. магн. поля этих планет было установлено по синхротронному радиоизлучению частиц, захваченных в радиац. поясах. M. Юпитера исследована при пролётах AMC "Пионер-10, -11" и "Вояджер -1, -2" (1979), Сатурна - "Вояджер-1" (1980), "Вояджер-2" (1981). Юпитер и Сатурн обладают собств. M. с присущими им признаками. Характерной особенностью M. планет-гигантов является доминирующая роль центробежных сил. Размеры плазмосфер Юпитера и Сатурна таковы, что центробежные силы, воздействуя на плазмосферу, вытягивают линии магн. поля вблизи экватора и M. приобретает дискообразную форму, а токовый слой в плоскости экватора располагается не только на ночной, но и на дневной стороне. Наличие спутников внутри радиац. поясов приводит к уменьшению концентрации быстрых частиц в окрестностях орбит этих спутников из-за рекомбинации. Обнаружение полостей внутри радиац. поясов позволило открыть и определить орбиты ранее не известных спутников Юпитера и Сатурна. Удивительной особенностью Сатурна является совпадение его магн. оси с осью вращения (ранее генерация такого магн. поля считалась невозможной).

M. Урана. Косв. данные позволили предположить существование магн. момента у Урана; обнаружено радиоизлучение планеты и свечение её атмосферы, к-рое может быть связано с полярными сияниями. Непосредственно магн. поле Урана было зарегистрировано в январе 1986 при пролёте AMC "Вояджер-2". Поскольку у Урана ось вращения лежит в плоскости эклиптики (см. Координаты астрономические ),то ось магн. диполя периодически бывает направлена вдоль скорости CB. В этом случае конфигурация собств. M. будет радикально отличаться от изображённой на рис. 1 в ст. Магнитосфера Земли.

Рис. 3. Схема осесимметричной магнитосферы (возможная магнитосфера Урана) по данным лабораторного эксперимента. Стрелками показано направление магнитного поля, сплошными линиями - линии магнитного поля в магнитосфере.

Подобная M. (рис. 3) была исследована лишь в лаб. условиях. На дневной сторонемагн. силовые линии поджимаются к планете, а на ночной стороне образуется магн. хвост, состоящий из пучка силовых линий одного направления, охваченного цилиндром, содержащим линии противоположного направления. Две части хвоста разделены цилиндрич. токовым слоем. Плазма CB, необходимая для поддержания этого токового слоя, проникает внутрь M. через всю её границу, имеющую диффузный характер.

Данные о M. п. суммированы в табл. В колонке "Ориентация" приведено значение угла между магн. осью и осью вращения планеты, знак "+" ("-") означает, что северный магн. полюс расположен ближе к южному (северному) полюсу планеты.

Литература по магнитосферам планет

Знаете ли Вы, что только в 1990-х доплеровские измерения радиотелескопами показали скорость Маринова для CMB (космического микроволнового излучения), которую он открыл в 1974. Естественно, о Маринове никто не хотел вспоминать. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.