Magnetosfæren, område rundt planeter og himmellegemer med et indre magnetfelt. Bevegelsen av elektrisk ladede partikler vil her kontrolleres av planetens eller himmellegemets magnetfelt. Magnetosfæren dannes ved at plasma i det interplanetare rom trykker på magnetfeltet, slik at det oppstår en likevekt mellom dynamisk trykk fra plasmastrømmen og magnetisk trykk fra planetens/himmellegemets magnetfelt. Magnetfeltet vil også hindre direkte inntrengning av plasma til magnetosfæren fra rommet. Den ytre grense mellom magnetosfæren og det interplanetare rom kalles magnetopausen. Planeter i vårt solsystem, utenom Jorden, som omgir seg med en magnetosfære, er Neptun, Uranus, Saturn, Jupiter og Merkur.

Jordens magnetfelt er et dipolfelt, symmetrisk om en akse gjennom de magnetiske poler (se jordmagnetisme). Dette feltbildet forstyrres imidlertid av solvinden, en kontinuerlig plasmastrøm som strømmer ut fra Solen. Denne partikkelstrømmen trykker mot magnetfeltet på den siden som vender mot Solen, dagsiden, og den trekker magnetiske feltlinjer ut i en kometlignende hale på Jordens nattside. Solvinden har supersonisk hastighet når den treffer Jorden slik at det vil dannes en sjokkfront der den støter mot magnetfeltet. Innenfor sjokkfronten vil det dannes et turbulent område hvor man gradvis går over fra rent solvindplasma til rent magnetosfæreplasma.

Grenseflaten for magnetosfæren, magnetopausen, vil i retning mot Solen være formet som en flattrykt halvkule, som under uforstyrrede forhold ligger ca. 10 jordradier (ca. 64 000 km) fra Jordens sentrum. Avstanden er imidlertid svært avhengig av densitet og hastighet i solvinden, som på sin side henger sammen med solaktiviteten. Ved høy aktivitet trykkes magnetopausen nærmere inn mot Jorden.

I magnethalen som strekkes ut på nattsiden, vil magnetopausen være sylinderformet. Det lar seg ikke gjøre å bestemme nøyaktig hvor langt haleområdet strekker seg, men det er påvist at den trekkes flere millioner kilometer ut i solvindens strømningsretning.

Magnetosfæren deles inn i forskjellige områder, som enten defineres av magnetfeltets form eller ut fra energi og type av de partikler som forekommer. Magnetfeltet vil klart skille mellom områder med lukkede feltlinjer, det vil si feltlinjer som har to fotpunkter på Jorden, og åpne feltlinjer, som er feltlinjer som går ut fra Jorden, men hvor den andre enden knyttes til det interplanetare felt. I haleområdet dannes det et nøytralt sjikt i grenselaget mellom åpne feltlinjer som trekkes inn til henholdsvis nordlig og sørlig halvkule. På dagsiden av magnetopausen finner man to magnetiske åpninger, ett på hver halvkule, der man har overgang fra lukkede feltlinjer og feltlinjer som trekkes over til haleregionen. Her dannes det en magnetisk trakt med åpning ut mot verdensrommet. Dette er den magnetiske polarkløften, som er meget viktig i koblingen mellom solvinden og magnetosfæren. Polarkløften på den nordlige halvkule kommer i europeisk sektor ned over Svalbard.

Magnetopausen danner en skjerm mot partikkelinnstrømningen fra solvinden. Denne skjermingen er imidlertid ikke absolutt, noe solvindplasma vil diffundere inn i magnetosfæren. I polarkløftene vil også skjermingen være svak, og det åpnes for direkte inntrengning av plasma. Det samme vil være tilfelle i de åpne feltlinjeområdene i halen, men her er inntrengningen mindre direkte enn i polarkløftene. En del av plasmaet i magnetosfæren er dermed solvindpartikler, men en betydelig andel vil også komme fra ionosfæren. Spesielt vil det være stor plasmautstrømning fra polarområdene.

De viktigste ionene i magnetosfæren er hydrogen, helium og oksygen. Oksygenet har sin opprinnelse i Jordens atmosfære. Partikkelenergien spenner fra termiske energier (elektronvolt, kaldt plasma) til partikler med energi opp i noen hundre MeV. Energiene i de forskjellige områdene varierer imidlertid betydelig.

Strålingsbeltene, også kalt van Allen-beltene etter sin oppdager, ligger som ringer rundt Jorden ut til ca. fem jordradier. Ringene består av elektroner og protoner som er fanget inn i Jordens magnetfelt. Karakteristisk for partiklene i strålingsbeltene er at de har meget høy energi. Delvis overlappende med den indre del av strålingsbeltene finner man et område med forholdsvis tett, kaldt (lavenergi) plasma, plasmasfæren. Den strekker seg ut til ca. fire jordradier og består hovedsakelig av ionosfæreplasma. Plasmasfæren er så sterkt bundet til Jorden at hele plasmaringen følger med i jordrotasjonen. I den sentrale del av halen, utenfor strålingsbeltene og dermed på åpne feltlinjer, ligger plasmasjiktet, hvor vi finner et forholdsvis tynt plasma med energi i keV-området. Partiklene i plasmasjiktet kommer dels fra ionosfæren, dels fra hale-loben som grenser inn til plasmasjiktet på over- og undersiden, og dels kommer de inn fra solvinden gjennom de åpne feltlinjene i halen. Feltlinjene i området leder ned i nordlysovalen, og det er i plasmasjiktet vi må se etter kildemekanismene for nordlys og magnetiske substormer.

Ytterst mot magnetopausen i haleregionen ligger en plasmakappe med lavenergi partikler som hovedsakelig kommer fra solvinden. Feltlinjene i dette området leder ned i ionosfæren på dagsiden av polkalotten.

Elektriske strømmer spiller en viktig rolle i magnetosfæren. I ekvatorplanet i avstanden 4–6 jordradier går en ringstrøm rundt Jorden. Den drives av elektroner og ioner i 10 keV-området. Virkningen av strømmen observeres på Jorden som variasjoner i magnetfeltet. I en magnetisk storm er det ringstrømmen som forårsaker hovedfasen av stormen. Andre strømsystemer finnes i haleregionen og i de ytre grenseområder av magnetosfæren. Strømmer langs de magnetiske feltlinjer, birkelandstrømmer (oppkalt etter Kristian Birkeland), er viktig for sammenkoblingen mellom magnetosfæren og ionosfæren.

Forholdene i Jordens magnetosfære er i stadig forandring. Sammensetning og energi for partiklene skifter, elektriske felter og strømmer varierer, og det opptrer begivenheter med sterk kosmisk stråling og innstrømming av høyenergipartikler. Noen av disse forandringene, bl.a. betydelig økning i partikkelenergiene, sterke strømmer og elektriske felter i ionosfæren og høy ionisering i den øvre atmosfæren, kan også påvirke tekniske installasjoner og systemer både i rommet og på Jorden. Et lenge kjent fenomen er forstyrrelser, og i ekstreme tilfeller full blokkering, av radiosamband og navigasjonssystemer, både bakkebaserte og de som benytter satellitter. Under kraftige forstyrrelser vil det også induseres sterke strømmer i lange kraftledninger, og i enkelte tilfeller har hele kraftnett blitt slått ut. Videre har man eksempler på at satellitter i rommet har sluttet å fungere fordi de er blitt bombardert av partikler med høy energi eller er blitt elektrisk oppladet.

Det er viktig å kunne forutsi når slike forstyrrelser vil opptre, og man arbeider med å utvikle programmer som kan varsle for magnetosfæriske forstyrrelser, romvær (eng. Space Weather Forecast). Kilden til forandringene finnes i Solen, og varslingsmodellene bygger på observasjoner av solaktivitet og på modeller for energioverføring i sol/jordsystemet. Foreløpig er dette på et forsknings- og utviklingsstadium.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om artikkelen? Skriv her, så får du svar fra fagansvarlig eller redaktør.

Du må være logget inn for å kommentere.