Небесные сполохи и земные заботы

Обратим внимание на концы силовых линий, которые пересекают поверхность Земли. Если бы не было слоя нейтральной атмосферы, то силовая линия из магнитосферной плазмы прямо переходила бы в Землю. А поверхность Земли — достаточно хороший проводник, и к ней можно отнести все наши рассуждения о «вмороженности» силовых линий. Так что без атмосферы «земной конец» силовой линии был бы «вморожен» в твердую Землю и двигаться бы не мог. Присутствие плохого проводника, атмосферы, разбивает эту связанность, и магнитосферный участок силовой линии может двигаться, так сказать, сам по себе. Другими словами, плазма, находящаяся на нем, не ощущает присутствия проводящей Земли. Если мы проследим за его «подножием», местом, где силовая линия выходит из нейтральной атмосферы в Южном полушарии или входит в нее в Северном, то увидим, что оно движется по небосводу. Сначала, когда силовая линия пересоединилась на дневной стороне с линией межпланетного магнитного поля, это подножие начинает «отплывать» в ночную сторону Земли, поскольку вся силовая линия с находящейся на ней магнитосферной плазмой сносится потоком ветра в противосолнечную, ночную, сторону. Там силовая линия пересоединяется снова, уже в хвостовой Х‑точке, и подножие вместе со всем магнитосферным участком силовой линии идет назад, на дневную сторону: ведь из ночной, хвостовой Х‑точки будут поступать новые «замкнутые», похожие на дипольные силовые линии, которых там накопилось «слишком много» — столько, что пучки их, стремясь расшириться, вызывают движение силовых линий и «примороженного» к ним вещества туда, где таких линий в «недостатке», то есть на дневную сторону. На дневной стороне магнитосферы наша силовая линия рано или поздно пересоединится с магнитным полем солнечного ветра, и все повторится снова.

Впоследствии этот круговорот вещества в магнитосфере был обнаружен и получил название магнитосферной конвекции плазмы. Это «вечное движение» — примечательная черта околоземного пространства, и мы увидим далее, что с ним связаны многие интересные явления.

Правда, для объяснения этого круговорота можно и не обращаться к гипотезе Данжи. Представим себе, как мы уже делали, магнитосферу просто полостью в потоке солнечного ветра, обтекающего препятствие — Землю с ее собственным магнитным полем. Предположим, что солнечный ветер увлекает соприкасающуюся с ним разреженную плазму наружных областей магнитосферы благодаря действию на границе некоторых гипотетических сил вязкости. Скапливающаяся на ночной стороне магнитосферы плазма будет возвращаться по внутренним областям магнитосферы снова на дневную сторону. Силовые линии магнитного поля во всей магнитосфере остаются при этом похожими на дипольные (в том отношении, что все они уходят под поверхность Земли). Этот механизм конвекции был предложен Аксфордом и Хайнсом немного раньше, чем Данжи предложил свой вариант объяснения конвекции. В космофизике представления о магнитосфере называют моделями. О модели, использованной Аксфордом и Хайнсом, обычно говорят как о закрытой. Этим подчеркивают отсутствие в ней открытых силовых линий, уходящих одним концом в Землю, а другим — в солнечный ветер. Напротив, модель Данжи называют открытой. В современной космофизике в работе находятся обе модели магнитосферы и обе считаются классическими.

Интересно, что лабораторные эксперименты, которые проводит на современной террелле московский физик И. М. Подгорный с сотрудниками, говорят о том, что плазма искусственной магнитосферы взимодействует с лабораторным «солнечным ветром» одновременно и по типу Аксфорда — Хайнса через вязкие гипотетические (потому что их природа не выяснена) силы и через магнитные поля по типу Данжи.

Стягивание аврорального овала к магнитному полюсу. Можно ожидать, что такой важный момент в «жизни» силовой линии, как пересоединение, должен как–то по–особому отразиться на свойствах плазмы, находящейся на ней. Действительно, границе хвостовых и дипольных линий соответствует, как мы уже знаем, авроральный овал.

Все содержимое овала — в обычном состоянии это разные пятна, обрывки дуг как спокойные, так и играющие лучами и т. п. — движется с ночной стороны аврорального овала на дневную двумя руслами: по утренней и вечерней сторонам овала. Неоднородности исчезают, меняются по дороге — словом, ведут себя, как пена в реке. Поток их изменчив и сложен, но если проследить за ним, можно установить его общее направление (длинные узкие дуги обычно вытянуты вдоль линий потока). Он доходит до обращенной к Солнцу части овала, потом, уменьшив свое свечение, выходит за его полярную границу, в район, очерчиваемый авроральным овалом (в так называемую полярную шапку). По полярной шапке поток доходит до ночной части овала и входит в него, чтобы двигаться по нему снова в сторону Солнца. Это движение отдельных форм сияний отражает круговорот вещества в магнитосфере.

И вся система сияний то стягивается к магнитному полюсу, то отходит от него. Полярная шапка становится то меньше, то больше.