Магнитосфера Юпитера

Вопрос очень сложный и обширный. Поскольку перед Читателем не учебник, я затрону только то, что непосредственно касается основных аспектов данной книги. Итак, сначала будет общая информация, в основном придерживающаяся данных из Википедии. В остальных случаях приведены ссылки.

Магнитосфера Юпитера – это полость, создаваемая в солнечном ветре полем Юпитера, где происходят разнообразные процессы взаимодействия солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, собственного магнитного поля Юпитера и окружающей его плазмы. Простираясь более чем на 7 миллионов километров по направлению к Солнцу и за орбиту Сатурна в противоположном направлении, магнитосфера Юпитера является самой крупной и мощной среди всех планетарных магнитосфер Солнечной системы. По объему она представляет собой самую большую непрерывную структуру после гелиосферы. Магнитосфера Юпитера более широкая и плоская, чем земная. И по величине она на несколько порядков мощнее, ее магнитный момент примерно в 18 тысяч раз больше. Существование магнитосферы Юпитера было выявлено в ходе радиоастрономических наблюдений в конце 1950-х годов, но впервые непосредственно она наблюдалась автоматическим зондом «Пионер 10» в 1973 году.

Чтобы легче было оценить, насколько огромна магнитосфера Юпитера, предлагаю взглянуть на рис. 12.26, где художественно представлено, как бы выглядела магнитосфера Юпитера на земном небе, если бы мы могли ее видеть. Для сопоставления показана полная Луна:

Рис. 12.26. Художественное изображение для сравнения магнитосферы Юпитера на небе Земли (Луна показана в фазе полнолуния),

http://www.lpi.usra.edu/education/explore/solar_system/background/м

На рис. 12.27 на двух иллюстрациях, дополняющих друг друга, представлены схемы магнитосферы Юпитера (заимствованы: левая – http://www.physast.uga.edu/~jss/1010/ch11/12-13a.jpg, правая – http://www.gb.nrao.edu/GBTopsdocs/primer/the_jupiter_system.htm; надписи переведены на русский язык).

Рис. 12.27. Две схемы магнитосферы Юпитера, дополняющие друг друга

Конечно, это упрощенные изображения. Магнитосфера Юпитера, кроме главного диполя, отображенного на схеме выше и совпадающего с магнитной осью, имеет и проявления других гармоник более высоких порядков. Но разбираться в этих тонкостях мы предоставим специалистам.

В магнитосфере Юпитера поведение заряженных частиц плазмы определяется магнитным полем. Юпитеру поставляют такие частицы солнечный ветер и спутник Ио, что и отмечено на рисунке. Ио – уникальный спутник. Он, единственный из спутников Юпит е ра, имеющий вулканы, причем, порядка 150 постоянно действующих. Вулканический пепел, выбрасываемый вулканами Ио, ионизируется под действием солнечного ультрафиолета. Так образуются ионы серы и кислорода: S ⁺, O ⁺, S ²⁺ и O²⁺. Эти частицы покидают атмосферу спутника, однако остаются на орбите вокруг него, образуя тор. Тор лежит в плоскости экватора Юпитера и имеет радиус, равный в поперечном сечении радиусу Юпитера (1 R_J), и радиус от центра (в данном случае от центра Юпитера) до образующей поверхности, равный 5,9 R_J. Именно он определяет динамику магнитосферы Юпитера. Тор был обнаружен аппаратом «Вояджер-1» в 1979 году. Следует отметить еще, что Юпитер окружен ионосферой, имеющей протяженность порядка 3000 км.

Форма магнитного поля у Юпитера сильно сплюснута и напоминает диск (в отличие от каплевидной формы магнитосферы Земли). Центробежная сила, действующая на вращающуюся плазму, с одной стороны, и тепловое давление горячей плазмы с другой, растягивают силовые линии, образуя на расстоянии 20 R_J (радиусов Юпитера) структуру, напоминающую тонкий блин, называемую магнитодиском. Он имеет тонкую токовую структуру вблизи магнитного экватора. Линии магнитного поля направлены от Юпитера над этим слоем и к Юпитеру – под ним.

Быстрое вращение и огромные размеры магнитосферы приводят к тому, что центробежные силы прижимают заряженные частицы внешней части магнитосферы к плоскости вращения планеты и растягивают их по радиусу, а вместе с ними и магнитное поле, создавая гигантский кольцевой ток. Центробежные силы вдвое увеличивают размеры магнитосферы по сравнению с теми, которые были бы при более медленном вращении.

Традиционно магнитосферу Юпитера делят на три части: внутреннюю, среднюю и внешнюю. Внутренняя лежит на расстоянии до 10 R_J от центра планеты. Магнитное поле внутри нее представляет собой преимущественно диполь, потому что вклад от токов, проходящих через экваториальный плазменный слой, здесь весьма незначителен. В средней (между 10 и 40 R _J) и внешней (далее 40 R _J) частях магнитосферы магнитное поле отклоняется от дипольной структуры и серьезно возмущается воздействием плазменного слоя.

Мощнейшее магнитное поле вблизи Юпитера изображено на рис. 12.28.

Рис. 12.28. Изображение магнитного поля вблизи Юпитера,

http://spacephotos.ru/wp-content/uploads/2016/07/Missiya-Juno-magnitosfera-i-magnitnoe-pole-YUpitera.jpg

Когда мы касались магнитосфер других планет, мы уже рассматривали положение магнитных диполей. Теперь дошла очередь и до Юпитера. Но в разных публикациях данные могут весьма отличаться. Обратите внимание на данный раздел. Это очень важно.

Магнитный диполь Юпитера (и, соответственно, магнитная ось) наклонен на угол примерно 10 ° к оси вращения планеты и сдвинут относительно оси вращения примерно на 0,2 радиуса Юпитера, что составляет ни мало – ни много 14280 км. Относительно центра планеты он тоже сдвинут к северу примерно на 0,1 ее радиуса, что составляет 7140 км. В результате максимальная магнитная индукция у Северного полюса равна 1,44 мТл, а у Южного только 1,08 мТл. У экватора же она составляет в среднем 0,42 мТл. В противоположность Земле, у Юпитера Северный и Южный магнитные полюсы расположены, соответственно, в Северном и Южном полушариях планеты. И еще, что тоже очень важно для наших рассуждений: начиная с 50-х годов прошлого века, почти за двадцатилетний период радиоастрономических наблюдений было замечено, что наклон оси магнитного диполя Юпитера уменьшается со скоростью около 0,07° в год. А если просчитать на сегодняшний день, то получается, что угол магнитной оси по отношению к географической за 60 с лишним лет изменился более чем на 4 °! Если учесть, что угол наклона магнитной оси составляет 9,5 °, то получится, что он уменьшился почти вдвое, а если еще представить, что он изменяется ускоренно? Аналогия с Землей просматривается? За последние лет 50 земной Северный магнитный полюс тоже двигался в сторону географического полюса, пока не оказался совсем почти рядом с ним, причем двигался с ускорением, а теперь собирается дефилировать на юг, прямиком к Сибирской магнитной аномалии. Изменение угла наклона магнитной оси (диполя) по отношению к оси вращения – это изменение координат магнитных полюсов!!! Получается, что у Юпитера, как и у Земли, магнитная ось не проходит через геометрический центр планеты (1); не пересекается с осью вращения (2); плюс к тому, как установлено, имеет место смещение магнитного диполя именно к северу (3), а, следовательно, и фокальной плоскости Полевого гиперболоида; плюс уменьшение раскрытия каспа (воронки) у Северного полюса (4).

Хочу снова вернуться к приведенным немного ранее фотографиям (здесь – рис. 12.29). Теперь мы их можем проанализировать более детально.

Рис. 12.29. Приполярные зоны при большом увеличении

Чем отличаются магнитные полюсы Юпитера от земных? Во-первых, полярностью. Силовые линии магнитного поля выходят из отрицательного полюса (у Юпитера – Северного) и входят в положительный (у Юпитера – Южный). У Земли в данный момент все наоборот: принимающий полюс находится в Северном полушарии, отдающий – в Южном. Но если отличается характер функционирования магнитных полюсов, то и ближайшие к ним зоны по определению просто обязаны отличаться, что мы и видим на данных фотографиях. Это первое.

Во-вторых, прошу обратить внимание на еще один немаловажный момент: размер каспа (напомню: касп – это воронка вокруг оси вращения планеты, нижняя граница которой определяется широтной координатой магнитного полюса). А угол наклона магнитной оси Юпитера уменьшается, и это приближает магнитный полюс к географическому. Если бы магнитный диполь не был смещен к северу и проходил бы через геометрический центр планеты, то координаты магнитных полюсов в обоих полушариях были бы симметричны. Но, как и у Земли, имеет место как асимметрия расположения магнитных полюсов, так и асимметрия диполя по отношению к геометрическому центру планеты. И уж если в Северном полушарии магнитный полюс движется к географическому, то касп там сужается, а в Южном – наоборот. Совершенно аналогично тому, что происходит на Земле. Кроме того, хоть какие-то координаты Северного магнитного полюса, пусть даже отличающиеся между собой, в публикациях имеются, но по Южному магнитному полюсу нет ничего…

И почему-то вследствие осмысления вышеприведенных цифр мне не кажется, что маленький синий кружочек в центре левого снимка и голубой значительно больший круг в центре правого, являют собой «отсутствие данных из-за угла съемки».

Все перечисленное дает мне основание высказать собственное мнение о том, что у Юпитера, как и у всех рассмотренных ранее объектов Солнечной системы, тоже имеется Полевой гиперболоид вращения – главный управляющий и коммуникативный орган. Причем, как и у Земли, фокальная плоскость Полевого гиперболоида Юпитера также сдвинута к северу от центра планеты, а угловое расстояние между магнитным и географическим полюсами в Северном полушарии за последнее время сильно уменьшилось. Поэтому мы и видим центральные бесструктурные круги на полюсах – выход Гиперболоида на поверхность ‒ неодинаковых размеров (см. Гиперболоиды Земли за различные годы – рис. 5.13).

Уж коли речь зашла о радиоастрономических исследованиях Юпитера, то нужно упомянуть и о том, что по изменению магнитного поля и радиоизлучений они позволили установить период обращения ядра планеты, равный 9 час. 55 мин. 29,73 сек. Этот период отличается от наблюдаемой скорости вращения облачных слоев Юпитера как в экваториальном поясе (9 час. 50 мин. 30,00 сек.), так и в полярных областях (9 час. 55 мин. 40,63 сек.). Получается довольно интересная картина: в экваториальной зоне атмосфера вращается быстрее ядра (на 5 минут), а в полярных чуть-чуть отстает (примерно на 10 секунд).

В магнитосфере Юпитера имеются радиационные пояса с высокоэнергичными протонами и электронами. Плазменные неустойчивости и синхротронное излучение в радиационных поясах генерируют радиоизлучение планеты. Кроме того, в магнитосфере происходит ускорение частиц, прежде всего электронов, которые выбрасываются за ее пределы и регистрируются приборами вплоть до орбиты Земли.

http://divinecosmos.e-puzzle.ru/list.php?c=pavlova_3

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: