磁层 - DGSO百科
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磁层(magnetosphere) 地球上1 000km到大气顶界之间的稀薄电离气体层。层内电子和离子的运动受地球磁场支配。

地球磁场

简言之是偶极型的,近似于把一个磁铁棒放到地球中心,使它的N极大体上对着南极而产生的磁场形状。当然,地球中心并没有磁铁棒,而是通过电流在导电液体核中流动的发电机效应产生磁场的。
地球磁场不是孤立的,它受到外界扰动的影响,宇宙飞船就已经探测到太阳风的存在。太阳风是从太阳日冕层向行星际空间抛射出的高温高速低密度的粒子流,主要成分是电离氢和电离氦。
因为太阳风是一种等离子体,所以它也有磁场,太阳风磁场对地球磁场施加作用,好像要把地球磁场从地球上吹走似的。尽管这样,地球磁场仍有效地阻止了太阳风长驱直入。在地球磁场的反抗下,太阳风绕过地球磁场,继续向前运动,于是形成了一个被太阳风包围的、慧星状的地球磁场区域,这就是磁层。

地球磁层

地球磁层位于地面600~1000公里高处,磁层的外边界叫磁层顶,离地面5~7万公里。在太阳风的压缩下,地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远,形成一条长长的尾巴,称为磁尾。在磁赤道附近,有一个特殊的界面,在界面两边,磁力线突然改变方向,此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微,厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分:北面的磁力线向着地球,南面的磁力线离开地球。
1967年发现,在中性片两侧约10个地球半径的范围里,充满了密度较大的等离子体,这一区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时,等离子片中的高能粒子增多,并且快速地沿磁力线向地球极区沉降,于是便出现了千资百态、绚丽多彩的极光。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘,便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘,厚度为3~4个地球半径。
地球磁层是一个颇为复杂的问题,其中的物理机制有待于深入研究。磁层这一概念近来已从地球扩展到其他行星。甚至有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。
Earth's magnetosphere

概念由来

位于地球周围、被太阳风包围并受地磁场控制的等离子体区域。磁层的概念是英国的S.查普曼于20世纪30年代首先提出来的。50~60年代,人造地球卫星对地球高带电粒子区域的探测,证实了地球磁层的存在。

结构

磁层由磁层顶、等离子体幔、磁尾、中性片、等离子体层 、等离子体片等组成 。在磁层顶外还存在磁鞘和弓激波。地球磁层始于距地面约1000千米处,向外延伸至磁层顶。磁层顶为磁层的外边界,向阳侧呈一椭球面,地球位于它的一个焦点上;背阳侧是略扁向外略张开的圆筒形,该圆筒所围成的空腔称磁尾。在平静的太阳风中,磁层顶在向阳侧距地心约为10个地球半径,在两极约为13~14个地球半径,在背阳侧最远处可达1000个地球半径。太阳激烈扰动时,导致太阳风密度和速度大为增大,磁层也随之大大被压缩,这时向阳侧的磁层顶可能离地心只有6~7个地球半每项。即使在太阳宁静时,地球轨道附近的太阳风平均速度也高达300~400千米/秒,当受到磁层阻挡时,在磁层的上游方向约几个地球半径处,形成一个相对磁层顶静止的弓激波与磁层顶之间的空间,形成磁鞘,其厚度为3~4个地球半径。在磁尾中存在着一个特殊的界面,在界面丙边,磁力线突然改变方向,此界面称中性片(电流片)。在向阳侧正子午面上,有两个点叫中性点,南北半球各一个,位于纬度约60°处。在中性点附近,由于磁场比较弱,磁鞘内的带电粒子可一直深入到地球附近,形成漏斗状的极尖区或称极隙区。地球磁层内充满着等离子体,比较密集的区域有中性片两侧的等离子体片、磁层顶内侧的等离子体幔、等离子体层以及由高能带电粒子组成的国辐射带。太阳有时喷发密度和速度都比太阳宁静时大得多的等离子体流,它引起地球磁层剧烈的扰动,即磁层星期暴 。这时磁层被压缩 ,地磁场也随之发生剧烈的变化,即发生磁暴或磁层亚暴。磁扰时导致电离层电子密度异常,称电离层暴,此时短波无波无线电通讯受到严重干扰。与地球磁层类似,在行星周围也会形成磁层,称行星磁层,如木星磁层、土星磁层、金星磁层、水星磁层、火星磁层等。行星磁层的形成和结构形态,主要取决于行星磁场的强弱、分布及其与太阳风的相互作用。 在天体周围被空间等离子体包围并受天体磁场控制的区域。许多天体都具有磁场,绝大部分宇宙物质以等离子体形式存在,所以磁层在宇宙中是很普遍的。磁层一词最早是戈尔德(T.Gold)在1959年研究太阳风与地球磁场相互作用时提出来的,当时专指地球磁层,随着对其他天体磁层的探测和研究逐渐增多,磁层一词就泛指所有天体的磁层。
直接探测证明,太阳系中的水星、地球、木星和土星都具有较强的磁场,太阳风流过它们时都形成磁层(见行星磁层)。太阳及其行星际磁场一同在星际空间运动,排斥星际介质而形成的日球,就是太阳磁层。由于等离子体的密度和速度以及星体磁矩的大小和方向等不同,磁层的尺度和结构也有很大差异。
磁层研究虽已由地球磁层扩展到行星磁层,但地球磁层还是人类有能力直接探测并详细研究的唯一空间区域,是研究的重点,地球磁层具有很复杂的磁层结构和密度变化范围很宽的等离子体。研究地球磁层,有助于对其他天体磁层的了解。