Строение магнитосферы земли

В этом случае наряду с поперечной составляющей – высокочастотном вращении, появляется продольная составляющая – низкочастотное скольжение по спирали вдоль силовой линии. По мере приближения к Земле и усиления магнитного поля происходит перераспределение составляющих: поперечная составляющая увеличивается в результате пропорционального уменьшения продольной составляющей. При обращении продольной скорости в нуль частицы перестают двигаться к Земле и смещаются в сторону более слабого поля. В результате часть плазмы попадает в ловушку: отразившись от магнитного зеркала внизу, она запирается магнитной «пробкой» вверху.
3.1.2 Воздействие радиационных поясов на магнитосферу Земли
Работа магнитного поля Земли подобна работе плазмотрона: в верхних слоях формируется электронный радиационный пояс с дрейфом частиц на Восток, а в нижних слоях формируется протонный радиационный пояс с дрейфом частиц на Запад. В результате, оба радиационных пояса создают кольцевой ток, направленный на Запад. Последний генерирует вокруг себя магнитное поле существенной величины. Таким образом, магнитное поле на поверхности Земли является суперпозицией относительно стабильной компоненты магнитного поля магмы в недрах Земли и нестабильного магнитного поля кольцевого тока радиационных поясов. Векторы указанных магнитных полей направлены в противоположные стороны. Следовательно, усиление токов радиационных поясов уменьшает магнитное поле у поверхности Земли.

3.2 Динамические свойства магнитосферы Земли
3.2.1 Магнитосферная буря
Магнитосферная буря наблюдается в случае столкновения солнечной плазмы с магнитосферой Земли. Выделяются две основные стадии магнитосферной бури.
Начальная фаза I: ударная волна, идущая впереди солнечной плазмы, резко сжимает магнитосферу Земли. При этом на поверхности Земли регистрируется кратковременное увеличение магнитного поля, которое сохраняется продолжительное время (несколько часов).
Фаза развития II (главная фаза, длительность 10 часов): пересекая магнитосферу, облако солнечной плазмы усиливает и раскручивает кольцевой ток радиационных поясов. А поскольку магнитное поле радиационных поясов направлено противоположно магнитному полю на поверхности Земли, то магнитное поле на поверхности Земли уменьшается. При этом амплитуда колебаний напряженности магнитного поля составляет 0,01-1 мкТл.
Восстановительная фаза III: после прохождения солнечной плазмы через кольцевой ток его магнитное поле постепенно восстанавливается до невозмущенного значения, и, соответственно магнитное поле на поверхности Земли тоже восстанавливается до нормального значения 30 мкТл.
3.2.2 Магнитосферная суббуря
Магнитосферная суббуря наблюдается при столкновении магнитосферы Земли с намагниченной солнечной плазмой, магнитный момент которой направлен противоположно земному магнитному полю. Указанный процесс сопровождается не только дестабилизацией, но и разрушением части магнитосферы Земли. Амплитуда колебаний напряженности магнитного поля при этом составляет 0,01-3 мкТл. Также, как и магнитная буря, данный процсс имеет три основынх стадии развития.
Начальная фаза I (1-1,5 ч): в результате сжатия магнитосферы регистрируется резкое возрастание магнитного поля. Но, поскольку плазма солнечного ветра проникает в кольцевой ток, то магнитное поле впоследствии снижается. При этом части плазмы устремляется в полярные каспы, вызывая полярные сияния. А в заключительной стадии начальной фазы развития суббури в хвосте магнитосферы происходит разрыв части силовых линий, в результате полярные сияния исчезают – затишье перед суббурей.
Фаза развития II (фаза взрыва): часть солнечной плазмы прорывается с теневой стороны во внутреннюю часть магнитосферы в радиационные пояса Земли. В итоге, на ночной стороне происходит асимметричное впрыскивание плазмы в кольцевой ток, при этом электроны дрейфуют на Восток, а протоны на Запад. Часть плазмы направляется в полярные каспы, что восстанавливает полярные сияния. Поскольку внешняя граница кольцевого тока радиационных поясов частично разрушается, то, в результате, магнитосфера перестраивается, что приводит к долговременному увеличению магнитного поля Земли по направлению от ночной к дневной стороне.
Восстановительная фаза III: уловленная солнечная плазма частично «рассасывается» на дневной стороне, в результате чего деформация кольцевого тока ослабевает. Захваченная в радиационные пояса плазма увеличивает плотность и массу кольцевого тока, восстанавливая его магнитное поле. Таким образом, восстанавливаясь после взрыва, кольцевой ток постепенно снижает возбужденное магнитное поле Земли до его нормального состояния.
Итак, в этой главе мы проанализировали основные процессы, возникающие в результате взаимодействия солнечной плазмы с магнитосферой Земли.
В частности, работу магнитного поля Земли и механизма формирования кольцевого тока радиационных поясов.
Также были рассмотрены основные стадии развития магнитной бури и суббури, включая основные процессы в магнитном поле Земли.














Заключение
Магнитосфера Земли представляет собой многослойную защиту от внешнего радиационного воздействия. В общей сложности, имеется четыре основных слоя защиты от внешней радиации: внешний плазменный слой, внешний электронный радиационный пояс, внутренний протонный радиационный пояс и ионосфера.
Многочисленные процессы в магнитосфере отражаются на процессах в гео- и биосфере Земли. В частности, вариации потоков вторичных космических лучей существенно влияют на формирования климата Земли. Так, годы спокойного Солнца характеризуются стабильным климатом с редкими циклонами и антициклонами. В годы максимальной солнечной активности усиливаются катастрофические процессы в атмосфере Земли, погода становится нестабильной. Также процессы в магнитосфере Земли оказывают существенное влияние на биосферу Земли.
Основной физический механизм процессов, происходящих в магнитосфере Земли, заключается в следующем: плазма солнечного ветра, взаимодействуя с магнитным полем Земли, дестабилизируя последнее. Во время магнитной бури плазма солнечного ветра резко сжимает магнитосферу, вызывая кратковременное, длительностью несколько часов, его возрастание. В этот период потоки ГКЛ резко уменьшается. Это явление получило название Форбуш-понижение. Далее облако плазмы, пересекая магнитосферу, усиливая кольцевой ток радиационных поясов, в результате чего магнитное поле на поверхности Земли уменьшается. После прекращения внешнего воздействия солнечной плазмы на кольцевой ток магнитное поле последнего снижается до невозмущенного значения. В результате, магнитное поле на поверхности Земли тоже восстанавливается до нормального значения.
Защитные свойства магнитосферы Земли возможно найдут практическое применение при разработке магнитной защиты для космических аппаратов совершении длительных космических перелетов.
Список литературы
1. Дьяченко, Ю.В. Системы жизнеобеспечения летательных аппаратов / Ю.В. Дьяченко, В.А. Спарин, А.В. Чичиндаев. – Новосибирск. – 2003. – С. 15-27.
2. Салагаева, А.В. Влияние нуклонного компонента вторичных космических лучей на тропосферу и биосферу Земли: эколого-экономический аспект / А.В. Cалагаева, Р.Г. Хлебопрос. – Красноярск: СФУ. – 2014. – 88 с.
3. Чукин. В. В. Корреляционные данные о связи между потоком космических лучей и глобальном количестве облаков // 3-я Международная научно-практическая конференция «Качество науки – качество жизни». (Тамбов, 26-27 февраля, 2007 г.) Сборник научных докладов. – Тамбов: ОАО «Тамбовполиграфиздат», 2007. – С. 102-103.
4. Cалагаева А. В. Исследование нуклонного компонента вторичных космических лучей как источника радиационного загрязнения верхней и нижней тропосферы: авт. дисс…канд. техн. наук.: 05.11.13. / Cалагаева Анжелика Валериевна. – Красноярск, 2011. – 20 с.
5. Модель космоса. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов / под редакцией профессора Л.С. Новикова. – Т. 2. – М.: Университет «Книжный дом». – 2007. – С. 518-547.
































































6