Magnetopause - Magnetopause

Kunstnerisk gjengivelse av Jordens magnetopause. Magnetopausen er der trykket fra solvinden og planetens magnetfelt er likt. Solens posisjon ville være langt til venstre i dette bildet.

Den Magneto er den brå grensen mellom et magneto og den omgivende plasma . For planetvitenskap er magnetopausen grensen mellom planetens magnetfelt og solvinden . Plasseringen av magnetopausen bestemmes av balansen mellom trykket i det dynamiske planetmagnetiske feltet og det dynamiske trykket til solvinden. Når solvindtrykket øker og minker, beveger magnetopausen seg innover og utover som respons. Bølger (krusninger og flappende bevegelser) langs magnetopausen beveger seg i retning av solvindstrømmen som svar på småskala variasjoner i solvindtrykket og Kelvin – Helmholtz ustabilitet .

Solvinden er supersonisk og passerer gjennom et baugstøt der strømningsretningen endres slik at det meste av solvindplasmaet avbøyes til hver side av magnetopausen, omtrent som vann avbøyes før et skip baug. Sonen med sjokkert solvindplasma er magnetosheden . På jorden og alle de andre planetene med iboende magnetiske felt, lykkes noe solvindplasma med å komme inn og bli fanget i magnetosfæren. På jorden danner solvindplasmaet som kommer inn i magnetosfæren plasmaarket . Mengden solvindplasma og energi som kommer inn i magnetosfæren reguleres av orienteringen til det interplanetære magnetfeltet , som er innebygd i solvinden.

Solen og andre stjerner med magnetfelt og stjernevind har en solar magnetopause eller heliopause der stjernemiljøet er avgrenset av interstellar -miljøet.

Kjennetegn

Skjematisk fremstilling av et planetarisk dipolmagnetfelt i et vakuum (høyre side) deformert av et plasmaområde med uendelig ledningsevne. Solen er til venstre. Konfigurasjonen tilsvarer at en bildedipol (grønn pil) plasseres i dobbelt avstand fra planetdipolen til samhandlingsgrensen.

Før romforskningsalderen ble interplanetarisk rom ansett for å være et vakuum. Sammenfallet av Carrington superflare og den super geomagnetiske hendelsen i 1859 var bevis på at plasma ble kastet ut fra solen under en fakkelhendelse. Chapman og Ferraro foreslo at et plasma ble sendt ut av solen i et utbrudd som en del av en blusshendelse som forstyrret planetens magnetfelt på en måte kjent som en geomagnetisk storm. Kollisjonsfrekvensen for partikler i plasmaet i det interplanetære mediet er veldig lav, og den elektriske ledningsevnen er så høy at den kan tilnærmes en uendelig leder. Et magnetfelt i et vakuum kan ikke trenge gjennom et volum med uendelig ledningsevne. Chapman og Bartels (1940) illustrerte dette konseptet ved å postulere en tallerken med uendelig ledningsevne plassert på siden av planetens dipol som vist i skjematikken. Feltlinjene på dagen er bøyd. På lave breddegrader skyves magnetfeltlinjene innover. På høye breddegrader skyves magnetfeltlinjene bakover og over polarområdene. Grensen mellom regionen dominert av planetens magnetfelt (dvs. magnetosfæren ) og plasmaet i det interplanetære mediet er magnetopausen. Konfigurasjonen som tilsvarer en flat, uendelig ledende plate oppnås ved å plassere en bildedipol (grønn pil til venstre for skjematisk) i dobbelt avstand fra planetens dipol til magnetopausen langs planeten-sollinjen. Siden solvinden kontinuerlig strømmer utover, feies magnetopausen over, under og til planetens sider bakover i den geomagnetiske halen som vist i kunstnerens konsept. Regionen (vist med rosa i skjematisk) som skiller feltlinjer fra planeten som skyves innover fra de som skyves bakover over polene er et område med svakt magnetfelt eller dagsspiss. Solvindpartikler kan komme inn i planetens magnetosfære gjennom cusp -regionen. Fordi solvinden eksisterer til enhver tid og ikke bare tider med solfakkel, er magnetopausen et permanent trekk ved rommet nær en hvilken som helst planet med et magnetfelt.

Magnetfeltlinjene til planetens magnetfelt er ikke stasjonære. De går kontinuerlig sammen eller fusjonerer med magnetfeltlinjer i det interplanetære magnetfeltet. De sammenføyde feltlinjene feies tilbake over polene inn i den planetariske magnetiske halen. I halen blir feltlinjene fra planetens magnetfelt forbundet igjen og begynner å bevege seg mot nattsiden av planeten. Fysikken til denne prosessen ble først forklart av Dungey (1961).

Hvis man antok at magnetopause bare var en grense mellom et magnetfelt i et vakuum og et plasma med et svakt magnetfelt innebygd i det, ville magnetopausen blitt definert av elektroner og ioner som trenger en gyroradius inn i magnetfeltdomenet. Siden gyrobevegelsen til elektroner og ioner er i motsatte retninger, strømmer en elektrisk strøm langs grensen. Selve magnetopausen er mye mer kompleks.

Estimering av avstanden til magnetopause

Hvis trykket fra partikler i magnetosfæren blir neglisjert, er det mulig å estimere avstanden til den delen av magnetosfæren som vender mot solen . Den tilstand som styrer denne posisjonen er at den dynamiske kjørelufttrykket fra solenergi vinden er lik det magnetiske trykk fra jordens 's magnetfelt :

${\ displaystyle (\ rho v^{2}) _ {sw} \ approx \ left ({\ frac {4B (r)^{2}} {2 \ mu _ {0}}} \ høyre) _ {m }}$

hvor og er tettheten og hastigheten til solvinden , og B ( r ) er magnetfeltstyrken til planeten i SI -enheter ( B i T , μ ₀ i H / m ). ${\ displaystyle \ rho}$${\ displaystyle v}$

Siden dipolens magnetfeltstyrke varierer med avstand, kan magnetfeltstyrken skrives som , hvor er planetens magnetiske øyeblikk, uttrykt i . ${\ displaystyle 1/r^{3}}$${\ displaystyle B (r) = B_ {0}/r^{3}}$${\ displaystyle B_ {0}}$${\ displaystyle [T \ cdot m^{3}]}$

${\ displaystyle \ rho v^{2} \ approx {\ frac {2B_ {0}^{2}} {r^{6} \ mu _ {0}}}}$.

Å løse denne ligningen for r fører til et estimat av avstanden

${\ displaystyle r \ approx {\ sqrt [{6}] {\ frac {2B_ {0}^{2}} {\ mu _ {0} \ rho v^{2}}}}}$

Avstanden fra Jorden til subsolar Magneto varierer over tid på grunn av solens aktivitet, men typiske avstander varierer 6-15 R . Empiriske modeller som bruker sanntids solvinddata kan gi et sanntidsestimat av magnetopauseplasseringen. Et baugsjokk står oppstrøms for magnetopausen. Det tjener til å bremse og avlede solvindstrømmen før den når magnetopausen. ${\ displaystyle _ {\ oplus}}$

Solsystemets magnetopauser

Oversikt over solsystemets magnetopauser

Planet	Nummer	Magnetisk øyeblikk	Magnetopause avstand	Observert størrelse på magnetosfæren	variasjon av magnetosfæren
Kvikksølv	1	0,0004	1.5	1.4	0
Venus	2	0	0	0	0
Jord	3	1	10	10	2
Mars	4	0	0	0	0
Jupiter	5	20000	42	75	25
Saturn	6	600	19	19	3
Uranus	7	50	25	18	0
Neptun	8	25	24	24.5	1.5

Forskning på magnetopausen utføres ved hjelp av LMN -koordinatsystemet (som er sett med akser som XYZ). N peker normalt mot magnetopausen utover til magnetosheathen, L ligger langs projeksjonen av dipolaksen på magnetopausen (positiv nordover), og M fullfører triaden ved å peke i daggry.

Venus og Mars har ikke et planetmagnetisk felt og har ikke en magnetopause. Solvinden samhandler med planetens atmosfære og det oppstår et tomrom bak planeten. Når det gjelder Jordens måne og andre legemer uten magnetfelt eller atmosfære, samhandler kroppens overflate med solvinden og det oppstår et tomrom bak kroppen.

Se også

• Heliopause
• Geopause
• Sjokkbølge
• Solsystemet
• For applikasjoner til romfartøyets fremdrift , se magnetisk seil
• Liste over plasmafysikkartikler

Merknader

Referanser

• Planetariske atmosfærer .