Zemes magnetosfēra

Magnetosfēras papīra modelis | Galerija

Kas ir magnetosfēra

Zemes magnetosfēra ir kosmiskā telpa apkārt Zemei ("dobums"), kurā saules vējš ierobežo Zemes magnētisko lauku. Tā sniedzas pāri par 60 000 km (sešdesmit tūkstošu kilometru) attālumā no Zemes. Sākot ar Sputnik un Explorer, šīt telpa ir kļuvusi pieejama tiešiem mēr'jumiem.

Kā veidojas magnetosfēra

Zemes magnetosfēra veidojas pateicoties Zemes magnētiskajam laukam un saules vējam. Vienkāršoti var teikt, ka Zemes magnētiskais lauks ir šķērslis saules vējam un tādejādi, līdzīgi tam kā atstraume veidojas upē aiz liela akmens, tāpat arī apkārt Zemei veidojas telpa ("atstraume" jeb "dobums"), kurā saules vējš tieši nevar piekļūt. Ja saules vēja blīvums ir apmēram 7 joni katrā kubikcentimetrā, tad Zemes magnetosfērā to ir tikai 1 vai mazāk. Tātad, ja mēs skaitam jonus, tad tiešām, Zemes magnetosfēra ir liels dobums saules vējā.

Attēlā redzama Zemes magnetosfēra, saules vējš un daļa no Saules mākslinieka skatījumā. Attālums starp Sauli un Zemi nav mērogā (īstenībā tam vajadzētu būt vairākus simtus reižu lielākam). Baltās svītras rāda magnētiskā lauka līniju virzienu. Ievēro, ka magnetosfēra ir saspiesta Saules pusē, bet veido garu asti (magnetoaste) prom no Saules.

Lielākā daļa no saules vēja aptek Zemes magnetosfēru un turpina savu ceļu prom no Saules, tomēr maza daļa no saules vēja joniem un saules vēja enerģijas šķērso magnetosfēras ārējo robežu (magnetopauze). Tā rezultātā Zemes magnetosfērā veidojas milzīga apjoma plazmas kustība (saukta par magnetosfēras konvekciju), veidojas starojuma joslas, rodas strāvas magnetosfērā un josfērā, veidojas polārblāzmas. Tādejādi, kaut arī Zemes magnetosfēra ir dobums pasargāts no saules vēja, tomēr tas ir saules vējš, kas ir lielākais enerģijas avots procesiem šajā dobumā. Cik daudz enerģijas no saules vējā nonāk magnetosfērā ir atkarīgs no saules vēja spiediena un no magnētiskā lauka virziena saules vējā. Vislielākā enerģija magnetosfērā nokļūst tad, ja saules vēja spiediens ir lielāks un saules vēja magnētiskais lauks ir dienvidu virzienā (pretēji Zemes magnētiskajam laukam).

Kā tiek pētīta magnetosfēra

Zemes magnetosfēra tiek pētīta gan uz vietas, ar raķešu un pavadoņu palīdzību, gan arī pa gabalu, ar uz Zemes atrodošos magnetometru, riometru, radaru un fotokameru palīdzību.

Zemes magnetosfēras pētīšanā ir piedalījušies daudzi desmiti pavadoņu. Lielākā daļa no tiem vairs nestrādā, taču to atstātie dati bieži tiek studēti daudzus gadus, pat gadu desmitus, pēc pavadoņu kalpošanas beigām. Pie tam katru gadu n'āk klāt vairāki jauni pavadoņi. Ir pavadoņi, kas lido apmēram 1000 km augstumā un pēta Zemes jonosfēru (magnetosfēras iekšējā robeža). Arī raķetes, sava lidojuma tāluma ierobežojumu dēķ, var pētīt vienīgi procesus jonosfērā. Ir liels skaits pavadoņu, kas atrodas ģeostacionārajā orbītā - šeit atrodas liels skaits komerciālo satellītu un tādēļ zināšanām par magnetosfēras apstākļiem ir sevišķa nozīme. Daudz pavadoņu pēta robežu starp Zemes magnetosfēru un saules vēju, lai saprastu kā enerģija un joni no saules vēja nokļūst Zemes magnetosfērā.

Magnetosfēra var tikt arī pētīta sekojot izmaiņām magnētiskajā laukā uz Zemes virsmas. Tā piemēram viļņi Zemes magnetosfērā izplatās gar magnētiskā lauka līnijām un var tikt novēroti arī uz Zemes virsmas. Tāpat milzīgas strāvas, kas veidojas jonosfērā magnētisko subvētru laikā, rada magnētisko lauku, kuru viegli var novērot uz Zemes. Radari ļauj pētīt plazmas īpašības jonosfērā. Savukārt ar fotokamerām sekojot polārblāzmu aktivitātei var studēt gan procesus jonosfērā, gan arī tālu magnetosfērā.

Liela nozīme magnetosfēras pētījumos ir kompjūteru modelēšanai. Kompjūteru tehnika ir attīstījusies tik tālu, ka mūsdienās var modelēt visu magnetosfēru trīs dimensijās. Taču tas ir iespējams vienīgi pieņemot vienkāršotus modeķus par to, kā plazma Zemes magnetosfērā uzvedās.

Kādas īpatnības

Magnetosfēra eksisē arī citām planētām. Pavadoņi ir pabijuši un konstatējuši milzīgas magnetosfēras Jupiteram, Saturnam, Urānam un Neptunam, piedevām tajās visās, tāpat kā Zemei, tika konstatētas starojuma joslas. Magnetosfēras eksistē arī zvaigznēm ar spēcīgu magnētisko lauku, kā piemēram neitronu zvaigznēm un baltajām pundurzvaigznēm.

Attēls uzņemts no Hubble Space Telescope, un tajā redzams Saturns ar saviem gredzeniem un polārblāzmas tā polārajos apgabalos. Polārblāzmas liecina par enerģētisku procesu eksistenci Saturna magnetsofērā.

Ieteicamie avoti

• Stanley W. H. Cowley, A Beginnerš Guide to the Earthš Magnetosphere, Earth in Space Vol. 8, No. 7, March 1996, p.9. © 1996 American Geophysical Union
• The Exploration of the Earths Magnetosphere