Навигация
3. Магнитное поле Земли
Из-за идеальной проводимости плазмы солнечного ветра магнитные силовые линии земного диполя не могут проникнуть в натекающий солнечный ветер и образует в первом приближении пустую магнитную полость около Земли – магнитосферу. В этом же приближении формы магнитосферы определяются балансом динамичного давления солнечного ветра и давлением магнитного поля Земли.
Магнитосфера представляет собой «тупое» препятствие для сверхзвукового СВ, и перед ней на расстоянии 13-17Rзот центра Земли образуется отошедшая бесстолкновительная ударная волна (на рис. 1 показана ближайшей к Солнцу поверхностью), отклоняющая поток солнечной плазмы — обтекает магнитосферу. Передача энергии и импульса СВ в магнитосфере происходит лишь благодаря диссипативным процессам, а в отсутствие последних плазма и поля внутри магнитосферы находятся в статич. равновесии.
Несмотря на то, что плотность энергии межпланетного магн. поля (магнитное поле, вмороженное в плазму СВ) составляет всего 1% от плотности кинетической энергии СВ на орбите Земли, процессы пересоединения межпланетных и земных магнитных силовых линий существенно определяют структуру и динамику магнитосферы. Пересоединение происходит в небольшой области магнитосферы, где благодаря развитию плазменных неустойчивостей возрастает сопротивление плазмы, что нарушает вмороженность магнитных силовых линий в плазму. Это позволяет межпланетным и земным силовым линиям «разорваться» и «пересоединиться» между собой (см. рис.9). Наиболее благоприятной для протекания этих процессов является ситуация, когда межпланетное магнитное поле (ММП) антипараллельно земному магнитному полю в подсолнечной точке магнитопаузы. СВ увлекает пересоединённые силовые линии магнитного поля Земли, которые за тем образуют протяжённый магнитный шлейф – хвост магнитосферы.
3.1 Магнитосферные бури и суббури
Ударная волна и облако плазмы движутся со скоростью @1500 км/с и достигают Земли за 1,5-2 суток. Длительность возникающей бури пропорциональна ширине корпускулярного потока у Земли и скорости орбитального движения Земли. Для бури продолжительностью 24 часа она составит около 13°, а для двухчасовой - @ 1° (угловая широта, равная линейной, деленной на расстояние Земля –Солнце). Средний угол раствора корпускулярных потоков около 8—9°.
Типичная магнитная буря состоит из трёх фаз. Она начинается, когда межпланетная ударная волна достигает магнитосферы и сжимает её. Т.к. переходный ударный фронт имеет небольшую толщину (несколько тысяч километров), сжатие происходит весьма быстро( минуты), и отчётливо проявляется в вариациях геомагнитного поля как резкое увеличение его напряжённости.
После сжатия магнитосферы ударной волной и до начала главной фазы бури наблюдается несколько относительно спокойных часов – начальная фаза. В этот спокойный период магнитосфера окружена СВ, поток которого ослаблен в результате форшбуш-эффекта. Продолжительность периода варьирует от 10 мин. до 6 и более часов.
Главная фаза магнитосферной бури начинается, когда магнитосферы достигает плазменное облако, породившее ударную волну. Она характеризуется последовательностью взрывоподобных процессов – магнитными суббурями.
Плазменное облако турбулентно, в частности, северо-южная компонента ММП В в потоке плазмы крайне и иррегулярна. В период, когда Земля окружена потоком, в котором поле ММП В антипаралельно земному, происходит пересоединение межпланетных и геомагнитных линий, что приводит к появлению электрического поля Е, направленного поперёк магнитного хвоста с утренней стороны на вечернюю. Таким образом, при прохождении турбулентного потока плазмы наблюдается появления многих суббурь. Турбулентный М-поток также может быть причиной магнитосферных суббурь. Электрическое поле Е обуславливает внезапное начало интенсивного направления к Земле движения плазмы в магнитном хвосте и плазмосфере. В хвосте это движение обладает компонентой, направленной к нейтральному слою, т.е. происходит сложное перераспределение плазмы.
В начальной стадии развития суббури плазменный слой становится очень тонким. Вследствие этого резко меняется направление части тока, текущего в хвосте магнитосферы. Ток из хвоста магнитосферы вытекает вдоль магнитных силовых линий в утренний сектор овала полярных сияний, течёт вдоль полуночного сектора овала и вдоль силовых линий вытекает из вечерней части овала в хвост магнитосферы.
Конвекция магнитосферной плазмы к Земле и токи вдоль силовых линий приводят к ускорению частиц плазмы. Возникает горячая плазма с температурой 107 К или более; часть этой плазмы вторгается в верхнюю атмосферу высоких широт, а другая часть заполняет плазменный слой.
Горячая плазма частично инжектируется в область захвата и образует во время бури протонный пояс (так называемый кольцевой ток) и внешний радиационный пояс (электронный). Последовательное проявление магнитосферных суббурь может привести к генерации очень интенсивного протонного пояса. Его магнитный эффект на поверхности Земли проявляется в виде уменьшения горизонтальной составляющей геомагнитного поля в низких и средних широтах.
Горячая плазма, инжектируемая в высокоширотные районы, заметно возмущает полярную ионосферу, приводя к появлению полярных суббурь. Полярная электроструя, интенсивный концентрированный электрический ток вдоль овала полярных сияний, может быть идентифицирована с ионосферной частью тока, текущего из хвоста магнитосферы. Полярная электроструя вызывает полярные магнитные суббури. Для оценки активности магнитосферных суббурь используют интенсивность полярных магнитных суббурь. Для этой цели применяются индексы АЕ, AU, AL, выводимые из вариаций горизонтальной компоненты магнитного поля на станциях, расположенных в зонах полярных сияний.
В период главной фазы бури нейтральный состав верхней атмосферы в полярной области и ионосфера в средних широтах оказываются сильно возмущёнными. Причина этого явления до сих пор окончательно не установлена. Часть протонов не протонного пояса проникает в плазмосферу и возбуждает ионно-циклотронную неустойчивость. Предполагается, что в результате образуются горячие электроды. Опускаясь на высоты ионосферы в средних широтах, они приводят к образованию среднеширотных красных дуг.[8]
Похожие работы
... как продолжение цикла наших работ /2-4/. Цель данной работы: посмотреть, каким образом связаны между собой изменчивость общего содержания озона и ветер в мезосфере - нижней термосфере в Центрально-Европейском регионе, выяснить, связаны ли изменения ОСО со сменой направления ветра в нижней термосфере, получить количественные оценки связи, используя множественный корреляционный периодограмманализ и ...
... 10 % пациентов. Результаты представлены графически (приложение 8). 2. Автором выпускной квалификационной работы был проведен хронометраж пульса и давления. Цель: выявить влияние неблагоприятных природных факторов на работу сердечно-сосудистой системы. Осуществлялась оценка параметров организма испытуемых в благоприятный (солнечная и геомагнитная активность в норме, температура воздуха ...
... др.]. Исходя из вышеизложенного мы поставили перед собой следующую цель: изучить динамику уровня работоспособности и адаптационных возможностей спортсменов, использующих в своей подготовке упражнения преимущественно анаэробной или аэробной направленности, при различных сочетаниях тренировочных нагрузок с сезонными изменениями условий среды. Для достижения поставленной цели необходимо было решить ...
... когда какой цветок раскрывается, и прилетают именно к этому времени, вероятно, улавливая изменения в состоянии физических полей в окружающей их природе. Так же как и в неживой природе, электрическое и магнитные поля живого организма взаимосвязаны. В крови животных и человека обнаружен биогенный магнетит, который, по-видимому, позволяет живому организму чувствовать изменения магнитного поля Земли ...
0 комментариев