Magnetoszféra

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

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

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

Történet[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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 megalkotta a dinamó-elvet, mely szerint a Föld folyékony vasötvözeteket tartalmazó rétegeinek mozgása hozza létre a Föld mágneses terét. Magnetométeres mérésekkel vizsgálta ezt a dinamó-hatást.

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 megfigyelték és bizonyították az úgynevezett Van Allen sugárzási övezet létezését, mely a Föld magnetoszférájának belső régiója. 1958-ban Eugene Parker (1927–), amerikai asztrofizikus beszélt először a napszélről. 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]

Magnetoszféra típusai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A magnetoszféra szerkezete és viselkedése számos változótól függ: az égitest típusától, a plazma, és a nyomaték természetétől, az égitest forgási idejétől, a forgástengelytől, a mágneses dipólusok tengelyétől, a napszéltől. Azt a távolságot, amely biztosítja, hogy az adott égitest ellenálljon a napszélnek, Chapman–Ferraro távolságnak hívják. Ezt a következő egyenlet modellezi:

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

ahol

R_P, az égitest sugara,

B_{surf}, mágneses mező az égitest felszínén az egyenlítőjénél,

V_{SW}, a napszél sebessége

Belső („intrinsic”) magnetoszféráról beszélünk, ha R_{CF} \ll R_{P}, vagy más szóval, ha a mágneses mező képviseli a primer ellenállást a napszéllel szemben. Belső magnetoszférája van a következő égitesteknek: Föld, Merkúr, Jupiter, Szaturnusz, Uránusz, és a Neptunusz. Gerjesztett (indukált) a magnetoszféra, ha R_{CF} \gg R_P, vagy más szóval, a napszélnek nem áll ellen az égitest magnetoszférája. Ebben az esetben a napszél kölcsönhatásba lép az égitest atmoszférájával vagy ionoszférájával (vagy ha nincs az égitestnek atmoszférája, akkor a felszínével). A Vénusznak gerjesztett mágneses mezője van. Ha R{CF} \approx R_P, a bolygónak és a mágneses terének is van szerepe. Lehetséges, hogy a Mars ebbe a típusba tartozik.[4]

A magnetoszféra szerkezete[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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

A magnetoszféra szerkezete:1 : Perem 2 : Burok 3 : Magnetopauza 4 : Plazmaszféra burok 5 : Farok, északi lebeny 6 : Farok, déli lebeny 7 : Plazmaszféra

Külső perem[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a régió a magnetoszféra és a környező közeg közötti határ. Csillagoknál a csillagszél és a csillagközi anyag közötti határ. Bolygóknál ez az a határ, ahol a napszél sebessége hirtelen lecsökken, ahogy közelít a magnetopauza régióhoz.[5]

Magnetoburok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A magnetoburok a perem és a magnetopauza közötti rész. Ezt többségében a lelassult napszél alkotja, és kismértékben tartalmaz plazmát. Nagy energiafluxusú részecskéket tartalmaz, mágneses tere rendezetlen. Ennek fő oka, hogy napszél gázokat tartalmaz, melyek termalizáción mennek keresztül. Úgy működik, mint egy párna vagy egy interfész, mely közvetíti a napszélből eredő nyomást a magnetoszféra határán.[3]

Magnetopauza[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

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

Magnetofarok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Az összenyomott mágneses mező másik oldalán található a magnetofarok, ahol a magnetoszféra hosszan kiterjed a bolygótól távolodva. Két lebenyből áll, egy északi és egy déli faroklebenyből. Az északi az égitest felé mutat, a déli pedig a bolygótól el. Ezek a lebenyek majdnem üresek, nagyon kevés töltött részecskével, melyek szembeállnak a napszéllel. A két lebenyt egy plazmalemez választja el, egy régió, ahol a mágneses mező gyengébb, és a töltött részecskék sűrűsége nagyobb.[9]

A Föld magnetoszférája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Föld magnetoszférája

Az egyenlítőnél a mágneses erővonalak majdnem vízszintesek, majd felfelé kapcsolódnak a magasabb földrajzi szélességeknél. Magasabb földrajzi szélességeknél a mágneses mező torzul a napszél miatt. A napos oldalon a mágneses mezőt összenyomja a napszél, közel 65 000 km távolságra. A határperem közel 17 km vastag, és 90 000 km távol van a Föld felszínétől. A magnetopauza néhány száz kilométer magasan található[10] A magnetopauza egy hálóhoz hasonlítható, mely beenged részecskéket a napszélből. Ez mágneses átrendeződést okoz, amikor a mágneses erővonalak megtörnek, majd újra rendeződnek. A Föld éjszakai oldalán a mágneses mező kiterjed a magnetofarokban, mely 6 300 000 kilométer hosszúra nyúlik.[6] A magnetofarok a sarki fény elsődleges forrása.[11]

Más bolygók magnetoszférája[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Jupiter magnetoszférája a legnagyobb a Naprendszerben, 7 000 000 kilométer széles a Nap felőli oldalon, és az éjjeli oldalon majdnem eléri a Szaturnuszt.[12] A Jupiter magnetoszférája egy nagyságrenddel erősebb a Föld magnetoszférájánál, és a mágneses nyomatéka közel 18 000-szer nagyobb.[13]

Irodalom[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • 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[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Magnetosphere című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b "Ionosphere and magnetosphere". Encyclopedia Britannica. (2012). Encyclopedia Britannica, Inc.. 
  2. ^ a b Van Allen, James Alfred. Origins of Magnetospheric Physics. Iowa City, Iowa, USA: University of Iowa Press (2004). ISBN 9780877459217. OCLC 646887856 
  3. ^ a b 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. ^ a b "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
  8. "The Magnetopause". NASA. http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wmpause.html
  9. "The Tail of the Magnetosphere". NASA. http://www-spof.gsfc.nasa.gov/Education/wtail.html
  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
  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
  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