Саймон Миттон - Дневная звезда. Рассказ о нашем Солнце

Выше атмосферы и ионосферы чрезвычайно существенно влияние Солнца на ту неосязаемую магнитную оболочку — земную магнитосферу, которая как броня защищает нашу планету от непрерывной бомбардировки ее атомными частицами солнечного ветра. Магнитосфера является результатом взаимодействия собственного магнитного поля Земли с магнитным полем и электрическими токами, порождаемыми солнечным ветром.

Начнем с рассмотрения магнитного поля Земли. В настоящее время поле, регистрируемое на поверхности Земли, может быть легко смоделировано в предположении о том, что где-то более или менее в центре нашей планеты находится магнитный диполь (стержневой магнит в виде железного бруска). На самом деле внутри ее, конечно же, нет никакого постоянного железного магнита: поле, по-видимому, генерируется и поддерживается электрическими токами, текущими внутри жидкого ядра Земли, но на поверхности и вне ее оно подобно полю стержневого магнита. Магнитный диполь Земли наклонен к оси ее вращения примерно на 11° и отстоит от действительного центра Земли приблизительно на 500 километров. В результате северный магнитный полюс находится в Гренландии, а южный — в Антарктиде. В нынешние времена напряженность поля уменьшается довольно медленно с постоянной скоростью. Если так будет продолжаться и дальше, примерно через 2000 лет поле обратится в нуль. Из исследований реликтового магнитного поля, зафиксированного в горных породах, мы знаем, что напряженность и направление геомагнитного поля изменялись на протяжении всего геологического периода жизни Земли. Магнитное поле Солнца меняет свое направление на противоположное каждые 11 лет вследствие той перестройки, которую испытывает динамо. Внутри Земли свойства магнитного поля изменяются значительно медленнее и, по-видимому, не являются регулярными.

Магнитное поле, измеренное в любой точке на поверхности Земли, складывается из собственного поля Земли и магнитного поля, связанного с Солнцем и тем веществом, истекающем из Солнца, которое при своем движении наталкивается на Землю или обтекает ее. Так как неистовое Солнце может меняться в течение минут, напряженность или направление измеряемого магнитного поля не являются строго постоянными.

Очень заметно меняется горизонтальная компонента поля, когда происходит сильное уменьшение его напряженности. Эти внезапные резкие спады напряженности поля, более известные под красочным названием «геомагнитных бурь», могут продолжаться несколько дней. В течение всего этого времени чувствительный магнитный компас ведет себя настолько неустойчиво, что его показания могут казаться ошибочными. Сейчас мы уже знаем, что эти бури не вызваны какими-то внезапными изменениями внутри нашей собственной планеты. Напротив, виновником является Солнце, так как флуктуации поля (и стрелки компаса) обусловлены приходом к Земле высокоскоростных потоков солнечной плазмы, выброшенных во время большой солнечной бури. Активные области могут существовать на Солнце в течение более чем одного солнечного оборота. В этом случае связанная с ними геомагнитная буря также может повториться снова через двадцать семь суток, составляющих полный оборот Солнца вокруг своей оси относительно Земли. Большие геомагнитные бури связаны также и с возмущениями в ионосфере, которые вызывают временное прекращение приема радио- и телевизионных передач, так как и бури, и возмущения в ионосфере определяются по существу одними и теми же солнечными явлениями.

Поскольку солнечный ветер постоянно обтекает нашу планету, он создает полость, заключающую внутри себя геомагнитное поле, которое в противном случае простиралось бы далеко в космическое пространство. По сравнению с самой Землей магнитосфера велика. Со стороны, обращенной к Солнцу, ее граница отстоит от Земли примерно на десять земных радиусов. Существует внешний пограничный слой, называемый магнитопаузой, толщиной примерно 100— 200 км. С ночной стороны нашей планеты магнитосфера очень сильно вытянута — на 1000 земных радиусов — подобно хвосту кометы. Фактически она незаметно сливается с межпланетным магнитным полем. На этой стадии наших рассуждений, возможно, будет полезным представить себе магнитосферу в виде окружающего Землю магнитного скелета. Сразу же за границей магнитосферы существует еще другая, особая область взаимодействия, называемая магнитослоем — тело поверх скелета. Магнитослой — это область пространства, где частицы солнечного ветра обтекают магнитосферу. В саму магнитосферу частицы почти не проникают. На переднем крае магнитослоя, обращенного к Солнцу, существует стоячая ударная волна. Она напоминает ударную волну, или тот звуковой удар, который сопровождает сверхзвуковой самолет. Обычно, когда обладающая магнитным полем планета находится внутри потока солнечного ветра, ударный фронт возникает из-за того, что ветер обтекает планету со скоростью, большей скорости звука в ветре. Это в точности та же физическая ситуация, что и в случае ударной волны, возникающей, когда самолет движется быстрее скорости звука в воздухе. Одной из особенностей этой магнитной ударной волны вблизи Земли является то, что она того типа, который очень трудно создать в лаборатории: бесстолкновительная гидромагнитная ударная волна.