Высокая степень ионизации в магнитосфере обязана УФ-излучению Солнца, а также плазме солнечного ветра, проникающей частично в магнитосферу, несмотря на магнитную "оболочку". Естественно, что образующаяся практически полностью ионизованная плазма начинает хорошо "слу- шаться" магнитного поля, а появляющиеся в ней токи начинают влиять на конфи- гурацию этого поля. Так возникает особая самосогласованная магнито-плазменная конфигурация. Это и есть магнитосфера Земли, обтекаемая солнечным ветром 0. Перед тем, как подробнее описать физику магнитосферы, отметим роль магнито- сферных (и тесно связанных с ними ионосферных) явлений в жизни землян. — Одним из наиболее красочных и впечатляющих небесных зрелищ являются полярные сияния 2). — "Магнитные бури" (они разыгрываются в магнитосфере и ионосфере), сильно действуют на организмы. — Наличие ионосферы делает возможным радиосвязь почти на всей Земле. Маг- нитные бури, возмущая ионосферу, могут не только сорвать эту связь, но и, — правда, в исключительных случаях, приводить к выходу из строя линий электропередачи. — В магнитосфере находятся, так называемые "радиационные пояса" из энергич- ных протонов (ер до 800 МэВ) и электронов (ее до 500 кэВ). Это исключает длительное пребывание в них космических аппаратов (с полупроводниковой электроникой), а тем более космических кораблей с людьми. Особенно сильно влияние энергичных электронов, генерирующих 7~лучи при столкновении с ап- паратами. — В настоящее время магнитосфера становится полигоном для активных плаз- менных экспериментов (см. ниже). — Магнитосфера очень чувствительна — как это не парадоксально, к глубинным процессам в Земле. Сейчас начата разработка методики предсказания земле- трясений на основе фиксации определенных возмущений в магнитосфере. И этот список можно далеко продолжить. 1) Существуют магнитосферы и у планет, не обладающих собственным магнитным полем. Они обязаны собственному магнитному полю солнечного ветра. 2) "Небо пылало. Бесконечная прозрачная вуаль покрывала весь небосвод. Какая-то неви- димая сила колебала ее. Вся она горела нежным лиловым светом. Кое-где показывались яркие вспышки и тут же бледнели, как будто на мгновенье рождались и рассеивались облака, сотканные из одного света. Сквозь вуаль ярко светили звезды. Вдруг вуаль исчезла. В некоторых местах еще раз вспыхнули лиловые облака. Какую-то долю секунды казалось, что сияние погасло. Но вот длинные лучи, местами собранные в яркие пучки, затрепетали бледно-зеленым светом. Вот они сорвались с места и со всех сторон, быстрые, как молнии, метнулись к зениту, на мгновение замерли в вышине, образовали огромный сплошной венец, затрепетали и потухли. (Г. А. Ушаков) [227] 9.2. Магнитосфера Земли 473 Магнитосфера — пока единственный объект космических масштабов, где разыг- рывающиеся МГД-процессы доступным всесторонним исследованиям, что очень важ- но для прогресса плазмодинамики и атсрофизики. Основные этапы исследования ионосферы и магнитосферы. Впервые назвал Землю большим магнитом, как известно, придворный врач коро- левы Елизаветы I В. Гильберт в книге "О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле" A600г.). При этом он рассматривал Землю как намагниченный железный шар. В XIX веке осознается, что Земля — это "виток с током", но только в середине XX века строятся модели генерации этого тока неким гидромагнитным динамо. Однако и сегодня B005 г.) нет общепринятой модели земного гидродинамо. Наличие в верхних слоях атмосферы ионизованной компоненты было доказа- но в начале XX века благодаря развитию радиосвязи и, прежде всего, в связи с эпохальным достижением Г. Маркони, осуществившим в 1901 году радиосвязь Европы с Америкой. Главным в этом достижении было доказательство того, что сравнительно короткие (~ 1 км) волны смогли обогнуть почти четверть земного шара. А ведь ученые того времени, когда Маркони готовился к своей передаче, доказывали, что дифракция в данном случае — а это был единственный известный им фактор, работавший в пользу Маркони, не может обеспечить успех. Но энтузиаст Маркони не слушал их и совершил для того времени чудо. Это неожиданное с точки зрения оптики явление было объяснено А. Кеннели и О. Хевисайдом A902 г.), которые предположили существование над Землей про- водящего слоя-экрана, отражающего радиоволны. Этот полугипотетический слой долгое время назывался "слоем Хевисайда". Кстати, ученое общество не признавало идею О. Хевисайда почти до середины 1920-х годов, пока прямыми экспериментами не было показано, что короткие волны приходят не вдоль поверхности Земли, а сверху (!). Предложение Хевисайда стимулировало изучение свойств ионосферы, а с нею и магнитосферы с помощью зондирования их радиоволнами разных частот. Можно сказать, что к концу 40-х годов наука о распространении радиоволн в указанных сферах была доведена до высокого уровня совершенства, и эти исследования во многом явились базой последующей общей теории волн в плазме 0. Параллельно с этим, естественно прояснились свойства самой магнитосферы. Кстати сам термин "магнитосфера" ввел в 1959 году Т. Голд. Наряду с радиофизикой стимулом для изучения магнитосферы были полярные сияния. Ещё в начале 1910-х годов шведские ученые пытались разобраться в их природе, в частности, направляя на магнитный диполь пучок электронов. Несколько позднее два теоретика, Чепмен и Ферраро, построили простую модель отражения магнитным полем диполя плазменного потока, поскольку было признано существо- вание солнечного ветра, хотя бы как фактора, раскачивающего магнитное поле Земли в периоды возрастания солнечной активности и вызывающего интенсивные полярные сияния. Однако вплоть до 1950 г. оставался открытым вопрос: дует ли солнечный ветер непрерывно, либо только во время вспышек. В 1950 году Л. Бирман, анализируя динамику хвостов комет, привел убедительные аргументы в пользу непрерывного существования солнечного ветра. В 1957 году Е. Паркер теоретически доказал принципиальную динамичность солнечной короны и тем самым поддержал выводы Бирмана. 1) Здесь следует отметить работы В. М. Гинзбурга и его монографию "Распространение электромагнитных волн в плазме" /citeB.9. 474 Гл. 9. Процессы в космосе и плазмодинамика Новый этап исследований магнитосферы Земли начался в 60-х годах, прежде всего в связи с выходом аппаратов в Космос. Такие аппараты, оснащенные раз- личными диагностическими средствами (электрическими и магнитными зондами, антеннами, спектральными приборами и т. п.) позволили в деталях прорисовать строение магнитосферы, ее связь с земной атмосферой и солнечным ветром. Наряду с появлением космической техники, быстрый прогресс в исследовании магнитосферы был связан еще с двумя обстоятельствами. Прежде всего, надо отме- тить начавшееся интенсивное развитие физики плазмы, связанное, как упоминалось ранее, с выходом книги Альфвена "Космическая электродинамика", так и работами по проблеме управляемого термоядерного синтеза. Второе обстоятельство — это практическая потребность в надежном знании "новой среды обитания" аппаратов и человека — магнитосферы. И последнее замечание. Основное содержание данного параграфа посвящено магнитосфере Земли.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Понятие "магнитосферы"» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
