Плазмосфера

Плазмосфера, або внутрішня магнітосфера, — це область магнітосфери Землі, що складається з низькоенергетичної (холодної) плазми. Вона розташована над іоносферою. Зовнішня межа плазмосфери відома як плазмопауза, яка визначається падінням густини плазми на порядок. У 1963 році американський вчений Дональд Карпентер^[ar] та радянський астроном Костянтин Грінгауз^[ru] довели існування плазмосфери та плазмопаузи на основі аналізу даних наддовгохвильових вістлерів^[en]. Традиційно плазмосферу розглядають як спокійну холодну плазму, яка обертається разом із Землею, а її рух частинок повністю зумовлений магнітним полем Землі.

Ілюстрація розташування плазмосфери

Історія

Плазмосферу відкрили в результаті вивчення вістлерів^[en] — природних явищ, спричинених радіохвилями дуже низької частоти. Вістлери вперше почули радисти у 1890-х роках^[1]. Британський вчений Ллевелін Роберт Овен Сторі^[en] у своїй докторській дисертації 1953 року показав, що вістлери генеруються блискавками^[1][2]. Приблизно в той же час Сторі висунув гіпотезу, що існування вістлерів означає присутність плазми в атмосфері Землі^[1][2]. На основі цього він припустив, хоч і не зміг остаточно довести існування плазмосфери^[2]. У 1963 році американський вчений Дональд Карпентер^[ar] і радянський астроном Костянтин Грінгауз^[ru] незалежно один від одного, експериментально довели існування плазмосфери та плазмопаузи, спираючись на ідеї Сторі. Грінгауз при цьому використовував дані космічного апарата «Луна-2»^[1].

У 1965 році Сторі та французький вчений М. П. Обрі працювали над FR-1^[en], французьким науковим супутником, оснащеним приладами для вимірювання низькочастотних електромагнітних хвиль та місцевої електронної густини плазми. Дослідження низькочастотних хвиль та електронної густини Обрі та Сторі за даними FR-1 додатково підтвердили їхні теоретичні моделі: низькочастотні хвилі в іоносфері час від часу проходили через тонкий шар плазми в магнітосферу, перпендикулярно до напрямку магнітного поля Землі^[3]:1181[4]. Протягом 1970-х років Сторі продовжував вивчати низькочастотні хвилі, використовуючи дані, зібрані FR-1^[2]. Дані, отримані з низькочастотного приймача на супутнику OV3-3^[en], запущеному 4 серпня 1966 року, визначили розташування плазмопаузи^[5].

У 2014 році супутникові спостереження місії THEMIS^[en] показали, що можуть утворюватися нерівномірності густини^[6][7]. Також було показано, що плазмосфера не завжди обертається разом із Землею. Плазма магнітосфери має багато різних рівнів температури та концентрації. Найхолодніша магнітосферна плазма найчастіше знаходиться в плазмосфері. Однак плазму з плазмосфери можна виявити по всій магнітосфері, оскільки вона розноситься електричними та магнітними полями Землі. Дані, зібрані двома зондами Van Allen Probes^[en], показали, що плазмосфера також обмежує високоенергетичні ультрарелятивістські електрони космічного та сонячного походження, які не можуть досягти низьких земних орбіт та поверхні планети^[8][9].