Magnetoszféra

A magnetoszféra egy égitestet körülvevő övezet, melyben az égitest mágneses tere befolyásolja a töltött részecskéket.

A mágneses erővonalak az égitest közelében hasonlítanak egy ideális mágneses dipólus által generált mágneses mezőhöz. Az égitest felszínétől távolodva az égitest által generált mágneses mező külső hatások miatt torzul; a Naprendszerben a napszél számít ilyen hatásnak.^[1][2] A Föld esetében a magnetoszférán általában az ionoszféra külső rétegeit értik, bár sok forrás különálló övezetekként tárgyalja a magnetoszférát és az ionoszférát.^[1]

Kutatásának története

Bővebben: Földi mágneses mező

A Föld magnetoszférájának tanulmányozása 1600-ban kezdődött, amikor William Gilbert (1544–1603) angol fizikus, filozófus felfedezte, hogy egy kisméretű mágneses gömb (terella) hasonló mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, mint a Föld. Az 1940-es években Walter M. Elsasser (1904–1991) amerikai fizikus megfogalmazta a dinamóelvet, ami szerint a folyékony vasötvözeteket tartalmazó rétegek mozgása hozza létre a Föld mágneses terét. Magnetométeres mérésekkel vizsgálta ezt a dinamóhatást.

A rakétatechnika fejlődésével több műhold is mérte a mágneses mezőt és a kozmikus sugarak hatását. Az első ilyen műhold az amerikai Explorer –1 volt. Az Explorer műholdak segítségével megfigyelték a Föld magnetoszférájának belső régióját képező úgynevezett Van Allen sugárzási övezetet, és így bizonyították a létezését. A napszélről Eugene Parker (1927–) amerikai asztrofizikus beszélt először, 1958-ban. 1961-ben, az Expolorer–12 missziója során hirtelen csökkenést mértek a mágneses mezőben, később ezt nevezték el magnetopauzának (plazmapauza). 1983-ban figyelték meg először a plazmafarok- (magnetofarok-) jelenséget, más néven a távoli mágneses mezőt.^[2][3]

Típusai

A magnetoszféra szerkezete és viselkedése számos változótól függ: az égitest fajtájától, forgási idejétől, forgástengelyétől, a mágneses dipólusai tengelyétől, továbbá a plazma és a nyomaték természetétől, illetve a napszéltől.

Azt a távolságot, amely biztosítja, hogy az adott égitest ellenálljon a napszélnek, Chapman–Ferraro-távolságnak hívják. Ezt a következő egyenlet modellezi:

${\displaystyle R_{CF}=R_{P}\left({\frac {B_{surf}^{2}}{\mu _{0}\rho V_{SW}}}\right)^{\frac {1}{6}}}$

– ahol

${\displaystyle R_{P}}$ az égitest sugara,

${\displaystyle B_{surf}}$ a mágneses mező az égitest felszínén, az egyenlítőjénél,

${\displaystyle V_{SW}}$ a napszél sebessége.

Belső („intrinsic”) magnetoszféráról beszélünk, ha ${\displaystyle R_{CF}\ll R_{P}}$, vagy más szóval ha a mágneses mező képviseli a napszéllel szembeni primer ellenállást. Belső magnetoszférája van a következő égitesteknek: Föld, Merkúr, Jupiter, Szaturnusz, Uránusz és Neptunusz.

A magnetoszféra gerjesztett (indukált), ha ${\displaystyle R_{CF}\gg R_{P}}$, vagy más szóval az égitest magnetoszférája nem áll ellen a napszélnek. Ebben az esetben a napszél kölcsönhatásba lép az égitest atmoszférájával vagy ionoszférájával, vagy ha nincs atmoszféra, akkor a felszínnel. A Vénusznak gerjesztett mágneses mezője van.

Ha ${\displaystyle R{CF}\approx R_{P}}$, a bolygónak és a mágneses terének is van szerepe. Lehetséges, hogy a Mars ebbe a típusba tartozik.^[4]

Szerkezete

A magnetoszféra szerkezete nem mutat állandó formát, a különböző belső és külső hatások miatt folyamatosan változtatja az alakját. Ennek ellenére vannak jól megkülönböztethető régiói.

A magnetoszféra szerkezete: 1. perem, 2. burok, 3. magnetopauza, 4. plazmaszféraburok, 5. farok (északi lebeny), 6. farok (déli lebeny), 7. plazmaszféra

Külső perem

Ez a régió a magnetoszféra és a környező közeg közötti határ. Csillagoknál a csillagszelet és a csillagközi anyagot választja el egymástól, bolygóknál pedig az azokat érő napszél a magnetopauzához közelítve itt hirtelen veszít a sebességéből.^[5]

Magnetoburok

A perem és a magnetopauza közötti rész. Nagyrészt a lelassult napszél alkotja, kismértékben pedig plazma: összességükben nagy energiafluxusú részecskék, rendezetlen mágneses teret képezve. Ennek fő oka, hogy a napszél gázokat tartalmaz, melyek termalizáción mennek keresztül. A burok párnaként működik, illetve interfészként, mely közvetíti a napszélből eredő nyomást a magnetoszféra határán.^[3]

Magnetopauza

A magneto- vagy plazmapauza az a régió, ahol a napszélből eredő nyomás és a bolygó mágneses tere egyensúlyban van.^[6] Mivel mindkét tartomány tartalmaz plazmát, a kölcsönhatás nagyon komplex. A szerkezet függ a Mach-számtól, és a mágneses nyomás és a plazmanyomás arányától (béta).^[7] A magnetopauza folyamatosan változtatja az alakját, annak megfelelően, ahogy a napszél fluktuál.^[8]

Magnetofarok

A magnetoszféra hosszú, a bolygótól induló kiterjedése az összenyomott mágneses mező másik oldalán. Két részből áll, egy északi és egy déli faroklebenyből; előbbi az égitest felé mutat, utóbbi pedig azzal ellentétes irányba. Ezek a lebenyek majdnem üresek, nagyon kevés töltött részecskével, melyek szembeállnak a napszéllel. A két lebenyt plazmalemez választja el, olyan régió, ahol a mágneses mező gyengébb, míg a töltött részecskék sűrűsége nagyobb.^[9]

A Föld magnetoszférája

A Föld magnetoszférájának nem méretarányos, művészi ábrázolása

A napszél a napos oldalon összenyomja a mágneses mezőt, aminek az erővonalai az egyenlítő fölött, attól közel 65 000 km távolságra, majdnem vízszintesek, majd a magasabb földrajzi szélességek felé torzulva kapcsolódnak. A külső határperem közel 17 km vastag, és 90 000 km távol van a Föld felszínétől, míg a mező belső oldalán a magnetopauza néhány száz kilométer magasan helyezkedik el,^[10] és hálóhoz hasonlítható, mely egyes részecskéket beenged a napszélből. Ez mágneses átrendeződést okoz, amikor az erővonalak megtörnek, majd újrarendeződnek.

A Föld éjszakai oldalán a mágneses mező 6 300 000 kilométer hosszan terjed ki^[6] a magnetofarokban, ami a sarki fény elsődleges forrása.^[11]

Más bolygók magnetoszférája

A Naprendszerben a Jupiter magnetoszférája a legnagyobb: 7 000 000 kilométer vastag a Nap felőli oldalon, az éjjeli oldalon pedig majdnem eléri a Szaturnuszt.^[12] Egy nagyságrenddel erősebb a Földénél, míg a mágneses nyomatéka közel 18 000-szer nagyobb.^[13]

Irodalom

• Helig Balázs, Kovács Péter, Csontos András: A földmágneses észlelések szerepe az űrkutatásban. (hely nélkül): Magyar Tudomány 2012/12. 2012. 1435–1442. o.
• Lichtenberger János, Ferencz Csaba: A szférák zenéje és az űridőjárás. (hely nélkül): Magyar Tudomány 2012/12. 2012. 1426–1434. o.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Magnetosphere című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Kapcsolódó szócikkek

• Geomágneses vihar

Források

1. Ionosphere and magnetosphere, Encyclopedia Britannica. Encyclopedia Britannica, Inc. (2012)
2. Van Allen, James Alfred. Origins of Magnetospheric Physics. Iowa City, Iowa, USA: University of Iowa Press (2004). ISBN 9780877459217. OCLC 646887856
3. Van Allen, James Alfred (2004). Origins of Magnetospheric Physics. Iowa City, Iowa, USA: University of Iowa Press. ISBN 9780877459217. OCLC 646887856.
4. (2005) „Solar System Magnetospheres”. Space Science Reviews (116), 227–298. o. DOI:10.1007/s11214-005-1958-y.
5. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1005/1005.1527.pdf
6. "Ionosphere and magnetosphere". Encyclopedia Britannica. Encyclopedia Britannica, Inc. 2012 http://www.britannica.com/EBchecked/topic/1369043/ionosphere-and-magnetosphere
7. Russell, C.T. (1990). "The Magnetopause". Physics of Magnetic Flux Ropes (Washington, D.C., USA: American Geophysical Union): 439–453. http://www-ssc.igpp.ucla.edu/ssc/tutorial/magnetopause.html Archiválva 2012. május 3-i dátummal a Wayback Machine-ben
8. "The Magnetopause". NASA. http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wmpause.html Archiválva 2013. február 15-i dátummal a Wayback Machine-ben
9. "The Tail of the Magnetosphere". NASA. http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wtail.html Archiválva 2018. február 7-i dátummal a Wayback Machine-ben
10. "Cluster reveals the reformation of the Earth's bow shock". European Space Agency. 11 May 2011. http://sci.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=40994
11. "The Tail of the Magnetosphere". NASA http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wtail.html Archiválva 2018. február 7-i dátummal a Wayback Machine-ben
12. Khurana, K.K.; Kivelson, M.G. et al. (2004). "The configuration of Jupiter's magnetosphere". In Bagenal, F.; Dowling, T.E.; McKinnon, W.B. (PDF). Jupiter: The Planet, Satellites and Magnetosphere. Cambridge University Press. ISBN 0-521-81808-7. http://www.igpp.ucla.edu/people/mkivelson/Publications/279-Ch24.pdf Archiválva 2014. március 19-i dátummal a Wayback Machine-ben
13. Russell, C.T. (1993). "Planetary Magnetospheres" (PDF). Reports on Progress in Physics 56 (6): 687–732. Bibcode 1993RPPh...56..687R. doi:10.1088/0034-4885/56/6/001. http://www.iop.org/EJ/article/0034-4885/56/6/001/rp930601.pdf

• Fizikaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap