Fagstoff

Strukturer og dynamikk i magnetosfæren

Publisert: 06.10.2010, Oppdatert: 03.03.2017
  • Innbygg
  • Enkel visning
  • Lytt til tekst
  • Skriv ut

Magnetosfæren er gradvis blitt kartlagt takket være moderne romforskning. Den er meget dynamisk og består av mange regioner med forskjellige plasmapopulasjoner. Magnetosfæren skyldes vekselvirkningen mellom solvinden og jordas magnetfelt. På samme måte oppstår magnetosfærer på alle himmellegemer som har et magnetfelt. De første målingene av magnetfeltet i større avstander fra jorda førte til store forandringer i datidens magnetfelt-modell.

Bilde av en modell av det nære verdensrommet, med sola til venstreEn modell av det nære verdensrommet, med sola til venstre
Forfatter: Narom


Satelittmålinger av jordmagnetfeltet i ekvatorplanet på dagsiden viser at feltet blir mer og mer deformert jo lenger bort en kommer fra jordoverflaten. I større avstander enn 5–6 RJ på dagsiden avtar feltet langsommere og langsommere. Således er feltet en faktor to større ved ca. 10 RJ enn hva den klassiske dipolteorien angir. Lenger borte (mer enn 10 RJ på dagsiden) er BJ praktisk talt null.

Jordas magnetfelt er ikke konstant. Derfor vil også formen og utstrekningen av det nære verdensrommet variere. Noen ganger ved lav solaktivitet observerte satellittene at magnetfeltet nådde helt ut til 12–14 RJ, mens feltet andre ganger, ved høy solaktivitet, ikke strakk seg lengre enn til 6–7 RJ i ekvatorplanet på dagsiden.

Der hvor jordas magnetfelt avtar til null, er yttergrensen for det vi definerer som det nære verdensrommet og begynnelsen på det interplanetare rommet. Grenseflaten kalles magnetopausen. Tykkelsen på magnetopausen er ca. 150 km.

Hvordan feltet ser ut på nattsiden (ofte kalt halen) i store (> 100 ) avstander fra jorda, er ikke godt kjent. Men generelt kan man si at mens det nære verdensrommet på dagsiden tilnærmet består av en halvkule med radius på tilnærmet 10–13 RJ, så har magnetfeltet på nattsiden form som en lang sylinder med en diameter på ca. 40 RJ. Lengden av feltet på nattsiden, til det sted hvor BJ < IMF, det interplanetare magnetfeltet, er fortsatt litt usikkert. Flere observasjoner indikerer at magnetfeltet på nattsiden kan nå ut til 103 RJ.

Grovt sett består jordas magnetfelt på nattsiden av to halvsylindre, med motsatt rettet magnetfelt. De er skilt fra hverandre av et nøytralt område i sentrum. Magnetopausen er diffus på nattsiden, men tydelig markert på dagsiden.

 

Plasmaområdene i jordas magnetosfærePlasmaområdene i jordas magnetosfære


Solvinden avbøyes av jordmagnetfeltet som et resultat av Lorentz-kraften. Dette minner om vannet i en elv som renner forbi en stor stein. Sterke elektriske strømmer finnes flere steder i magnetosfæren. Alle de elektriske strømmene omgir seg igjen med et magnetfelt. Ved magnetopausen på dagsiden og ute i halen på nattsiden er det store strømsystemer. Resultatet av vekselvirkningen med solvinden er at jordas magnetfelt trykkes sammen på solsiden og trekkes ut i en flere hundre tusen kilometers lang hale på nattsiden. Jordas nære verdensrom på nattsiden minner om halen til en komet.

Det er uklart hvordan solvinden trenger inn i magnetosfæren. De to modellene som diskuteres mest er en åpen eller en lukket modell av magnetosfæren.

I den åpne modellen er jordas magnetfelt noen steder knyttet sammen (sveiset) med B-feltet i solvinden. Partiklene i solvinden føres da inn i magnetosfæren langs sammenhengende magnetfeltlinjer. I den lukkede magnetosfæremodellen er det ikke noen kontakt mellom magnetfeltene i det interplanetare rommet og i jordfeltet. Partiklene kommer da inn i magnetosfæren via ulike fysiske prosesser, kalt diffusjonsprosesser. Dette minner om hvordan fløten blander seg med kaffen i en kaffekopp.
Foran magnetopausen, på dagsiden, ble en sjokkfront kalt buesjokket, observert i 1970-årene. Dette betyr at jorda beveger seg rundt sola med en sjokkfront omkring 4 RJ foran magnetopausen. Fordi tettheten i det interplanetare rommet er lavt (7 partikler per kubikkmeter), hadde man ikke ventet å finne noen sjokkfront der. Det er solvindens overlydshastighet, når den støter mot jordfeltet, som fører til at sjokkfronten oppstår.

Modeller av magnetosfæren i middag-midnatt planet sees i figurene på denne siden. Følgende regioner og grenseflater er avmerket:

  1. Sjokkfronten
  2. Magnetosjiktområdet
  3. Magnetopausen
  4. Magnethalen
  5. Det nøytrale området
  6. Plasmasjiktet
  7. Polarkløftene
  8. Strålingsbeltene og ringstrømmen
  9. Området for åpne og lukkede magnetfeltlinjer

 

Snitt av jordas nære verdensrom i det magnetiske meridianplanSnitt av jordas nære verdensrom i det magnetiske meridianplan