Міжпланетне магнітне поле

Міжпланетне магнітне поле — компонент сонячного магнітного поля, який уноситься з сонячної корони потоком сонячного вітру та заповнює Сонячну систему.

Геліосферний струмовий шар — це тривимірна форма спіралі Паркера, яка виникає в результаті впливу обертового магнітного поля Сонця на плазму в міжпланетному середовищі.^[1]

Плазма коронального та сонячного вітру

Плазма коронального та сонячного вітру має високу електропровідність, тобто лінії магнітного поля та потоки плазми вморожені в неї^[en][2][3], і магнітне поле не може швидко дифундувати крізь плазму. У сонячній короні магнітний тиск значно перевищує тиск плазми, тому плазма в основному структурована та обмежена магнітним полем, утворюючи, наприклад, таки несиметричні структури, як протуберанці. Однак із збільшенням висоти в сонячній короні сонячний вітер прискорюється, оскільки він черпає енергію з магнітного поля через силу Лоренца, в результаті чого імпульс потоку перевищує стримуючу силу магнітного натягу, і корональне магнітне поле витягується сонячним вітром і створює міжпланетне магнітне поле. Це прискорення часто призводить до того, що міжпланетне магнітне поле стає локально надзвуковим на відстані до 160 астрономічних одиниць від Сонця^[4].

Динамічний тиск сонячного вітру домінує над магнітним тиском у більшій частині Сонячної системи, так що магнітне поле закручується в архімедову спіраль (спіраль Паркера) завдяки поєднанню руху назовні та обертання Сонця. У навколоземному просторі міжпланетне магнітне поле зазвичай утворює кут близько 45° до лінії Земля — Сонце, хоча цей кут змінюється залежно від швидкості сонячного вітру. Кут міжпланетного магнітного поля до радіального напрямку зменшується з геліоширотою, оскільки лінійна швидкість обертання Сонця зменшується зі збільшенням широти.

Відповідно до полярності магнітного поля в двох різних півкулях Сонця, міжпланетне магнітне поле теж має протилежну орієнтацію в північній і південній частинах геліосфери. В обох зонах магнітне поле закручено в спіраль. Північна й південна зони розділені струмовим шаром — електричним струмом, який тече викривленою площиною. Цей геліосферний струмовий шар має форму, подібну до закрученої спідниці балерини, і змінює свою форму під час сонячного циклу, коли магнітне поле Сонця змінює полярність приблизно кожні 11 років.

Магнітне поле на орбіті Землі

Відео моделювання взаємодії магнітного поля Землі з міжпланетним магнітним полем

Якби космос був вакуумом, то магнітне дипольне поле Сонця — близько 10⁻⁴ тесла на поверхні Сонця — зменшувалося б обернено пропорційно кубу відстані, і на земній орбіті становило б приблизно 10⁻¹¹ тесла. Але супутникові спостереження показують, що воно приблизно в 100 разів більше і становить приблизно 10⁻⁹ тесла. Пояснення полягає в тому, що плазма сонячного вітру приносить з собою вморожене магнітне поле Сонця. Інший (еквівалентний) погляд на те ж явище полягає в тому, що рух провідної рідини (наприклад, міжпланетного середовища) у магнітному полі індукує електричні струми, які, у свою чергу, генерують магнітні поля — і в цьому відношенні міжпланетне середовище поводиться як магнітогідродинамічне динамо.

Міжпланетне магнітне поле на орбіті Землі змінюється залежно від збурень сонячного вітру, відомих як космічна погода. Поле є вектором із компонентами в радіальному та азимутальному напрямках, а також компонентом, перпендикулярним до екліптики. Напруженість поля біля Землі змінюється від 1 до 37 нТл, в середньому близько 6 нТл^[5]. З 1997 року магнітне поле Сонця контролюється в режимі реального часу супутником Advanced Composition Explorer^[en] (ACE), розташованим на гало-орбіті в точці Лагранжа L1 cbcntvb Сонце — Земля. З липня 2016 року до нього доєднався супутник Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), також розташований біля точки L1, при цьому ACE продовжує служити резервним вимірювачем.