Небесные сполохи и земные заботы - [14]
Представим себе теперь, что в ловушке находится не одна, а много частиц. Сталкиваясь, они заставляют друг друга уходить в атмосферу (специалист скажет: частицы высыпаются в атмосферу). В конце концов столкновения станут редкими, и оставшиеся частицы уже можно будет рассматривать как отдельные, независимые друг от друга. Они все окажутся сосредоточенными вблизи плоскости экватора и как бы поясом охватят Землю. Так была понята природа радиационных поясов — совокупности заряженных частиц, по существу не связанных друг с другом.
В 1959 году космофизик Т. Голд назвал область, в которой кружатся эти частицы, магнитосферой.
Прошло всего несколько лет, и выяснилось, что все не так просто. Оказалось, что, кроме сравнительно небольшого количества частиц, составляющих радиационные пояса, в космосе есть еще множество частиц меньших энергий, радиационные пояса как бы погружены в пространство, заполненное ими. Эти малоэнергичные частицы уже нельзя было считать независящими друг от друга. Больше того, оказалось, что все процессы в ближнем космосе так или иначе связаны с этими частицами. Поведение их выглядело сложным и непонятным. Это они, вторгаясь в верхние слои атмосферы, вызывают самые эффектные формы полярных сияний: и резкие, четкие дуги, и цветной мятущийся «пожар небес». Частицы же радиационных поясов отвечают лишь за невзрачное свечение, которое иногда появляется вслед за особенно разбушевавшимися сияниями с экваториальной их стороны. На эти относительно малоэнергичные частицы — плазму околоземного пространства — постепенно сместилось основное внимание исследователей.
Оказалось еще, что наша планета все время находится в потоке плазмы, непрерывно идущем от Солнца, — в потоке солнечного ветра. Солнечный ветер — один из красивейших терминов науки. Не удивительно, что он нравится журналистам: они дружно используют его в названиях статей, очерков, телепередач и других материалов о космофизиках. Существование ветра было предсказано теоретиками. Об эпизодических потоках солнечной плазмы писали известный английский физик С. Чепмен и его сотрудник В. Ферраро в 1931–1933 годах, на постоянное присутствие ветра указали советский геофизик Е. Пономарев и американский астрофизик Е. Паркер в 1957–1958 годах.
Космические корабли выявили реальное распределение магнитного поля в околоземном пространстве. Оказалось, что, начиная с расстояний около семи земных радиусов от центра планеты, реальное магнитное поле сильно отличается от дипольного поля, создаваемого токами в глубине нашей Земли. Это говорит о существовании в ближнем космосе других токов, искажающих магнитное поле внутренних токов планеты. Это понятно: ведь ближний космос заполнен плазмой — веществом со свободными носителями электрических зарядов, в плазме могут течь токи (причем вовсе не обязательно в направлении электрического поля).
Магнитосфера (в современном понимании это область, занятая магнитным полем, силовые линии которого уходят под поверхность Земли) оказалась вовсе не «сферой». Скорее, она похожа на комету с хвостом (рис. 3). Хвост магнитосферы — это тоже термин науки. Хвост тянется очень далеко в ночную, противосолнечную, сторону Земли; он уходит на тысячи земных радиусов — это миллионы километров (для сравнения: расстояние до Луны — 384000 километров). Со стороны Солнца граница магнитосферы — магнитопауза — обычно отстоит от центра Земли на расстояние 10 земных радиусов (то есть на 65000 километров), с «боков» — до 16 радиусов (106000 километров).
Рис. 3. Сечение магнитосферы плоскостью, проходящей через магнитные полюса Земли и центр Солнца (изображены магнитные силовые линии)
Ориентироваться в строении ближнего космоса довольно просто. Надо только помнить основной принцип: передвижение частиц на значительное расстояние поперек магнитного поля затруднено.
Что при этом получается?
По отношению к солнечному ветру магнитное поле, созданное токами внутри планеты, представляет собой препятствие. Солнечный ветер обтекает его. Поэтому магнитосфера занимает полость, «вырезанную» в потоке солнечной плазмы. Действительно, плотность частиц, наблюдаемая в этой полости, значительно меньше, чем в солнечном ветре. Естественное исключение составляет сама Земля и ее ближайшие окрестности, включая так называемую плазмосферу — область плотной и холодной плазмы, прилегающую непосредственно к нейтральной атмосфере Земли (в районе средних и низких широт на поверхности планеты).
Нас не удивит, конечно, что Земля расположена в головной части этой полости: при обтекании препятствия быстрым потоком за препятствием всегда остается более или менее вытянутое разреженное (по сравнению с обтекающим потоком) пространство.
Очевидно, наибольшему искажению должны подвергнуться периферийные области дипольного магнитного поля Земли, другими словами, те его линии, которые уходят на большие расстояния от планеты. Такие линии пронизывают поверхность Земли вблизи ее магнитных полюсов. Они–то и заполняют хвост реальной магнитосферы.
Когда–то промелькнул в печати такой рисунок: двое научных сотрудников стоят возле лабораторного стола, на котором лежит шарик со щеточкой волос «на макушке». Тот сотрудник, что повеселее, говорит другому, озабоченному и лысому:
