magnetosfæren

Magnetosfæren. Oppbygging av Jordens magnetosfære.

Av /Store norske leksikon ※.

Magnetosfæren er området rundt Jorda som er påvirket av Jordas magnetfelt. I dette området vil bevegelsen til elektrisk ladede partikler kalt plasma bli kontrollert av Jordas magnetfelt. Magnetosfæren fungerer som et skjold som hindrer direkte inntrengning av plasma fra rommet. Magnetosfæren er under stadig endring, blant annet under påvirkning av solvinden, og den er viktig for dannelsen av nordlys.

Faktaboks

uttale:
magnetosfˈæren

Magnetosfærer opptrer rundt alle planeter og andre himmellegemer som har et indre magnetfelt. En magnetosfære dannes ved at plasma i rommet mellom planetene trykker på magnetfeltet til himmellegemet. Dermed oppstår det en likevekt mellom det dynamiske trykket fra plasmastrømmen og trykket fra magnetfeltet til himmellegemet. Den ytre grensen mellom magnetosfæren og plasmastrømmen kalles magnetopausen. I vårt solsystem har planetene Jorda, Neptun, Uranus, Saturn, Jupiter og Merkur magnetosfærer.

Jordas magnetosfære

Det er vanlig å tilnærme Jordas magnetfelt til et dipolfelt. Det vil si at vi ser for oss Jordas magnetfelt som et symmetrisk felt som går om en akse gjennom de magnetiske polene (se jordmagnetisme). Dette feltbildet forstyrres imidlertid av solvinden, en kontinuerlig plasmastrøm som strømmer ut fra Sola. Solvinden trykker mot Jordas magnetfelt på den siden som vender mot Sola (dagsiden). Dermed får magnetfeltet en sammentrykket form på dagsiden av Jorda. I tillegg trekker solvinden på Jordas magnetfelt på nattesiden når den beveger seg videre utover i rommet. Dermed forlenges Jordas magnetfelt på nattsiden slik at det ligner halen til en komet. Partiklene i solvinden har supersonisk hastighet når den treffer Jordas magnetosfære. Derfor dannes det en sjokkfront der solvinden støter mot magnetosfæren. Innenfor sjokkfronten vil det dannes et turbulent område hvor man gradvis går over fra rent solvindplasma til rent magnetosfæreplasma.

Magnetopausen

Grenseflaten for magnetosfæren kalles magnetopausen. På dagsiden av Jorda er magnetopausen formet som en flattrykt halvkule. Under uforstyrrede forhold ligger magnetopausen ca. 10 jordradier (ca. 64 000 kilometer) fra Jordas sentrum. Avstanden varierer med hastigheten og tettheten til solvinden som igjen varierer med solaktiviteten. Ved høy aktivitet trykkes magnetopausen nærmere inn mot Jorda.

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.

Åpne og lukkede magnetiske feltlinjer

Når vi ser på magnetfeltet skiller vi mellom det som kalles lukkede magnetiske feltlinjer og det som kalles åpne magnetiske feltlinjer. De lukkede magnetiske feltlinjene har to fotpunkter på Jorda. Det vil si at linjen har «festet» til jordoverflaten ved polområdene både i nord og i sør. Åpne feltlinjer har kun et fotpunkt på Jorda. Den andre enden er knyttet til solvindens interplanetariske magnetfelt.

Polarkløftene

På dagsiden av magnetopausen finner man to magnetiske åpninger, ett på hver halvkule. Disse åpningene eksisterer i overgangen mellom lukkede magnetiske feltlinjer og de åpne magnetiske feltlinjene som trekkes over til haleregionen. Her dannes det en magnetisk trakt med åpning ut mot verdensrommet. Denne trakten kalles polarkløften. Polarkløften er viktig i koblingen mellom solvinden og magnetosfæren. I dette området er det lettere for plasmapartikler fra solvinden å trenge inn i Jordas atmosfære. På den nordlige halvkulen finner vi polarkløften over Svalbard når Europa vender mot Sola. Dette gjør Svalbard til et ideelt område for å studere partikkelnedbør fra solvinden.

Det nøytrale sjiktet

I magnetosfærens haleområde på nattsiden dannes det et nøytralt sjikt i grenselaget mellom åpne feltlinjer som trekkes inn til henholdsvis nordlig og sørlig halvkule.

Strålingsbeltene og plasmasfæren

Strålingsbeltene, også kalt van Allen-beltene etter fysikeren James Alfred van Allen, ligger som ringer rundt Jora ut til omtrent fem jordradier. Ringene består av elektroner og protoner som er fanget inn i Jordas magnetfelt. Karakteristisk for partiklene i strålingsbeltene er at de har veldig høy energi. Delvis overlappende med den indre delen av strålingsbeltene finner man et område med forholdsvis tett og kaldt (lavenergi) plasma. Dette området kalles plasmasfæren og strekker seg ut til ca. fire jordradier. Plasmasfæren består hovedsakelig av ioner fra Jordas ionosfære. Plasmasfæren er så sterkt bundet til Jorda at hele plasmaringen følger med i Jordas rotasjon.

Plasmasjiktet

I den sentrale delen av magnetosfærehalen, utenfor strålingsbeltene og dermed på åpne feltlinjer, ligger plasmasjiktet. Her finner vi et forholdsvis tynt plasma med energi i kiloelektronvolt-området. Partiklene i plasmasjiktet kommer delvis fra ionosfæren, delvis fra hale-loben (se figur) som grenser inn til plasmasjiktet på over- og undersiden, og delvis 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 kildene til nordlys og magnetiske substormer.

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

Partikler og plasma i magnetosfæren

Magnetopausen danner en skjerm mot partikkelinnstrømningen fra solvinden. Denne skjermingen er imidlertid ikke absolutt. Noe solvindplasma vil til enhver tid trenge 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 den delen av atmosfæren som kalles ionosfæren. Spesielt vil det være stor plasmautstrømning fra polarområdene.

De viktigste ionene i magnetosfæren er hydrogen, helium og oksygen. Oksygenet kommer fra Jordas atmosfære. Partikkelenergien spenner fra termiske energier (elektronvolt, kaldt plasma) til partikler med energi opp i noen hundre megaelektronvolt. Det er stor variasjon i energien til partiklene i de forskjellige områdene av magnetosfæren.

Elektriske strømmer i magnetosfæren

Elektriske strømmer spiller en viktig rolle i magnetosfæren. I ekvatorplanet i avstanden fire til seks jordradier går en elektrisk strøm i ring rundt Jorda (ringstrøm). Den drives av elektroner og ioner i 10 keV-området. Virkningen av strømmen observeres på Jorda 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 feltlinjene, birkelandstrømmer (oppkalt etter Kristian Birkeland), er viktig for sammenkoblingen mellom magnetosfæren og ionosfæren. Les mer under ionosfærestrømmer.

Magnetosfærevarsling

Forholdene i Jordas 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, blant annet 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 Jorda. Et lenge kjent fenomen er forstyrrelser, og i ekstreme tilfeller full blokkering, av radiosamband og navigasjonssystemer. Dette gjelder både bakkebaserte systemer og de som benytter satellitter. Under kraftige forstyrrelser vil det også induseres sterke strømmer i lange kraftledninger. 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 forutsi magnetosfæriske forstyrrelser, romvær. Kilden til forandringene finnes i Sola, og varslingsmodellene bygger på observasjoner av solaktivitet og på modeller for energioverføring i sol/jordsystemet. Foreløpig er dette på et forsknings- og utviklingsstadium. Les mer under romværvarsling.

Les mer i Store norske leksikon

Eksterne lenker

Kommentarer

Kommentaren din publiseres her. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg