Geomagnetisk fälla

Geomagnetisk fälla - en typ av magnetisk fälla ; ett område i jordnära rymden inuti jordens magnetosfär, som bildas av jordens magnetfält och fångar upp laddade partiklar som faller in i det (den så kallade zonen av instängd strålning) [1] . Teoretiskt sett underbyggdes dess existens av norrmannen K. Störmer 1913 och svensken H. Alven 1950. Experimentellt har förekomsten av en geomagnetisk fälla bekräftats av ett antal experiment [2] . Den har formen av en förvrängd toroid och karaktäriseras också som ett naturligt strålningsbälte [3] .

Hur fällan fungerar

Fällan är belägen i kärnan av magnetosfären, där magnetfältet har en konfiguration nära en dipol: fällan skapas av kraftlinjerna i jordens magnetfält [2] . Regionen är fylld med partiklar av strålningsbälten och ringström, såväl som kall jonosfärisk plasma, som är en del av atmosfären, och atmosfäriska atomer, som är en del av atmosfärens geokorona ( exosfär ) — de mest energirika atomerna kommer dit [2 ] [1] . Från sidan av den magnetosfäriska svansen gränsar plasmaskiktet till fällan - den huvudsakliga direkta leverantören av partiklar från strålningsbälten och ringström [1] .

Laddade partiklar som fångas upp av en geomagnetisk fälla oscillerar från en halvklot till en annan, rör sig längs fältlinjer, roterar samtidigt runt dem (en sådan rotationsrörelse kallas Larmor och är förknippad med Larmorprecession ) [1] och driver i longitud på grund av inhomogeniteten hos geomagnetiskt fält. Svängningstiden för partiklar när de förflyttar sig från norra halvklotet till södra och tillbaka är från 1 ms till 0,1 s, vilket kan vara många miljoner beroende på livslängden för partikeln i det fångade tillståndet (från en dag till 30 år) [2 ] .

I longitud driver protoner och elektroner i olika riktningar med mycket högre hastighet: protoner och alla positiva joner - i väster, elektroner - i öster [1] . Jordens geomagnetiska fälla är fylld med högenergipartiklar (från flera keV till hundratals MeV) som bildar jordens strålningsbälten; beroende på energin kan partiklar göra ett helt varv runt jorden på en tid som sträcker sig från flera minuter till ett dygn [2] . Laddade partiklar med energier från 20 till 200 keV tillhör alltså stormringströmmen [ 1] . I processen med partikelrörelse längs magnetiska fältlinjer uppfylls förhållandet , där är vinkeln mellan partikelhastighetsvektorn och riktningen för magnetfältstyrkespegeln och början av dess rörelse till den konjugerade spegelpunkten för den geomagnetiska fällan [ 2] .

Effekten av geomagnetiska störningar

Partiklar lämnar det fångade tillståndet på grund av instabiliteten i deras rörelse orsakad av störningar av det geomagnetiska fältet (magnetiska stormar) och joniseringsenergiförluster. Påfyllning av en del av strålningsbälten sker genom att fånga sönderfallsprodukter av neutroner som bildas av kosmiska strålar i jordens övre atmosfär; partiklar av solens kosmiska strålar; partiklar av jordens jonosfär med efterföljande acceleration vid olika störningar av magnetfältet [2] .

Förstärkningen av det ringformade fältet leder till en försvagning av magnetfältet i kärnan av den geomagnetiska fällan, vilket leder till en ökning av jonosfäriska strömsystem och norrsken, som sjunker till lägre geomagnetiska breddgrader ( λ ), och en kraftig ökning av flöden av utfällande partiklar: till exempel på geomagnetiska breddgrader från 55 till 60 ° tänds röda bågar. På grund av kraftiga magnetiska stormar vid ekvatorn kan magnetfältet minska med cirka 3%, vid en geomagnetisk latitud på cirka 50° observeras norrsken oftare, och på grund av närmandet av den inre gränsen för den geomagnetiska svansen till cirka 2,5 jorden radier kan dimensionerna på den geomagnetiska fällan minska med cirka 4 gånger [1] .

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Introduktion till den kosmofysiska verkstaden. Författarteamet . Moscow State University , satellit "Tatiana". Tillträdesdatum: 18 augusti 2020.
  2. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Encyclopedia of Physics and Technology. Geomagnetisk fälla . Hämtad 18 augusti 2020. Arkiverad från originalet 28 januari 2020.
  3. ↑ I.P. Bezrodnykh, E.I. Morozova, A.A. Petrokovich. Strålningsförhållanden i den geostationära omloppsbanan  Voprosy elektromekhaniki. - 2010. - T. 117 . - S. 33 .

Litteratur