Юпитер магнитосферасы бұл Күн желімен әрекеттесу нәтижесінде Юпитердің ғаламшарлық магнит өрісі қалыптастыратын кеңістік

Юпитер магнитосферасы – бұл Күн желімен әрекеттесу нәтижесінде Юпитердің ғаламшарлық магнит өрісі қалыптастыратын кеңістік. Осы аймақта Күн желі, ғаламшараралық магнит өрісі, Юпитердің өз магнит өрісі және оны қоршаған плазма арасындағы әртүрлі өзара әрекет процестері жүреді. Магнитосфера Күнге қарай 7 миллион шақырымнан астам қашықтыққа созылып, қарама-қарсы бағытта Сатурн орбитасына дейін жетеді. Ол Күн жүйесіндегі барлық ғаламшарлар магнитосфералары арасында ең үлкен әрі ең қуатты болып табылады және көлемі жағынан кейінгі ең ірі үздіксіз құрылым болып саналады. Жер магнитосферасынан кең әрі жазық болғанымен, Юпитер магнитосферасы анағұрлым күшті: оның магниттік моменті Жердікінен шамамен 18 000 есе артық. Юпитер магнитосферасының бар екені 1950-жылдардың соңында радиобақылаулар арқылы анықталды, ал оны алғаш рет 1973 жылы «Pioneer 10» ғарыш аппараты тікелей зерттеді.

Юпитер магнитосферасы
Ашылуы

Алғаш ашушы	Pioneer 10
Ашылған күні	желтоқсан 1973 ж.
Ішкі өріс
радиусы	71 492 км
Магниттік момент	1,56×10²⁰·
Экваторлық өріс кернеулігі	428 (4,28 )
Диполь көлбеуі	~10°
Диполь осінің бойлығы	~159°
Айналыс кезеңі	9 ч 55 м 29,7 ± 0,1 с
Күн желінің сипаттамалары
Жылдамдығы	400 км/с
ҒМӨ кернеулігі	1
Тығыздық	0,4 см⁻³
Магнитосфера сипаттамалары
Түрі	Ішкі
қашықтығы	~82
қашықтығы	50-100
ұзындығы	7000 астам
Негізгі иондар	O⁺, S⁺ және H⁺
Плазма көздері	Ио, күн желі, ионосфера
Масса түсімінің жылдамдығы	~1000 кг/с
Плазманың жоғарғы тығыздығы	2000 см⁻³
Бөлшектердің жоғарғы тығыздығы	100 МэВ жоғары
Полярлық шұғыла
Спектрі	радиосәулелендіру, жақын ИҚ, УФ және рентген
Жалпы қуат	100 ТВт
Радиосәулелену жиіліктері	0,01-40 МГц

Юпитердің ішкі магнит өрісі ғаламшардың сыртқы ядросында орналасқан электр тогы арқылы түзіледі. Юпитер серігі Ионың жанартаулық атқылаулары ғарышқа үлкен көлемде күкірт тотығын шығарып, ғаламшар маңында ірі газ торарын қалыптастырады. Юпитердің магнит өрісі бұл торапты ғаламшармен бірдей бұрыштық жылдамдықпен және бағытта айналуға мәжбүрлейді. Торап ғаламшардың магнит өрісін плазмамен толықтырып, айналу барысында оны диск тәрізді құрылымға айналдырады. Бұл құрылым магниттік диск деп аталады. Жер магнитосферасынан айырмашылығы, Юпитердің магнитосферасы негізінен Ионың плазмасы мен ғаламшардың айналу әсерінен қалыптасады, Күн желінің ықпалы әлдеқайда аз.

Магнитосферада ағатын күшті тоқтар ғаламшардың полярлық аймақтарында тұрақты шұғылалар мен радиосәулелердің тербелісін тудырады. Осыған байланысты Юпитер кей аспектілерде өте әлсіз радиопульсар ретінде қарастырылады. Юпитердегі полярлық шұғылалар электромагниттік спектрдің инфрақызыл, көрінетін, ультракүлгін және жұмсақ рентгендік диапазондарының барлығында дерлік байқалды.

Магнитосфераның әсері зарядталған бөлшектерді ұстап, олардың жылдамдығын арттырады. Осылайша, Жердің Ван Аллен белдеулеріне ұқсас, бірақ мың есе қуатты радиациялық белдеулер пайда болады. Бұл белсенді бөлшектер бетімен әрекеттесіп, олардың химиялық құрамына және физикалық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Сонымен қатар, бөлшектердің әсері Юпитердің әлсіз шаң мен тас бөлшектердің қозғалысын өзгертеді. Радиациялық белдеулер ғарыш аппараттары мен болашақ пилоттық миссиялар үшін айтарлықтай қауіп төндіреді.

Құрылымы

Юпитер магнитосферасы — бұл күрделі құрылым, ол , , , , магниттік дискіні мен басқа да компоненттерді қамтиды. Юпитердің айналасындағы магниттік өріс бірнеше құбылыстардың нәтижесінде пайда болады, мысалы, ғаламшар өзегіндегі сұйықтықтың айналымы (ішкі өріс), Юпитерді қоршаған плазмадан өтетін электр тогы және ғаламшарлық магнитосфераның шекарасында ағатын тоқтар. Магнитосфера күн желінің плазмасына батырылған, ол өзімен бірге ғаламшараралық магниттік өрісті алып келеді.

Ішкі магниттік өріс

Юпитер магниттік өрісінің негізгі бөлігі, Жердегідей, ішкі процесінің нәтижесінде пайда болады, ол сыртқы өзектегі өткізгіш сұйықтықтың айналымымен қалыптасады. Бірақ Жер ядросы балқытылған темір мен никельден тұратын болса, Юпитер ядросы тұрады. Жердегідей, Юпитердің магниттік өрісі негізінен диполь болып табылады, оның солтүстік және оңтүстік магниттік полюстері магниттік осьтің қарама-қарсы ұштарында орналасқан. Алайда Юпитерде солтүстік және оңтүстік магниттік полюстер ғаламшардың бірдей жарты шарларында орналасады, ал Жерде керісінше, дипольдің солтүстік магниттік полюсі оңтүстік жарты шарда, ал оңтүстік полюсі солтүстік жарты шарда орналасқан. Юпитердің магниттік өрісінде жоғары компоненттер де бар — квадруполь, және т.б., бірақ олар диполь компонентінен кем дегенде бір рет әлсіз болады.

Диполь Юпитердің айналу осіне қатысты шамамен 10° бұрышпен еңкейген; бұл еңкейіс Жердікіндей (11,3°). экваторлық индукциясы шамамен 428 мкТл (4,28 Гс, Жердікінен шамамен 10 есе көп), бұл дипольдің магниттік моментіне 1,53× 1020 Тл·м³ сәйкес келеді (Жердікінен 18 000 есе көп). Юпитердің магниттік өрісі атмосфераның астындағы аймақпен бірдей бұрыштық жылдамдықпен айналады, бұл кезең 9 сағат 55 минутты құрайды. «Pioneer 10» ғарыш аппаратының 1970-жылдардың ортасындағы алғашқы өлшеулерінен бері қуат немесе құрылымда айтарлықтай өзгерістер байқалмаған.

Өлшемі мен пішіні

Юпитердің ішкі магниттік өрісі күн желінің жолында кедергі жасайды, ол жоғары шығатын ионданған бөлшектердің ағынын тежеп, иондар ағынының жетуіне кедергі келтіреді, оларды ғаламшардан ауытқытып, магнитосфера деп аталатын, күн желінің плазмасынан өзгеше плазмадан тұратын белгілі бір аймақты қалыптастырады. Юпитердің магнитосферасы соншалықты үлкен, егер оған Күнді оның көрінетін тәжімен бірге орналастырса, онда әлі де жеткілікті орын қалады. Егер оны Жерден байқауға болатын болса, онда ол аспанда толық Айдан бес есе үлкен аумақты алатын еді, ал Юпитер Айдан 1700 есе алыс орналасқан.

Жердің магнитосферасындағыдай, Юпитер магнитосферасындағы күн желінің тығыздығы мен суық плазмасын магнитосфераның ыстық әрі тығыз емес плазмасынан бөлетін шекара магниттік үзіліс деп аталады. Магниттік үзіліс пен ғаламшардың ортасы арасындағы қашықтық — 45 пен 100 $R J$ аралығында (мұндағы $R J$ = 71 492 км — Юпитер радиусы), бұл Юпитер бетінде күн тікелей бақылаушының үстінде болатын орынға сәйкес келеді. Магниттік үзілістің орналасуы күн желінің қысымына байланысты, ал бұл қысым деңгейіне тәуелді. Магниттік үзілістен алыс жерде (ғаламшардың ортасынан 80-130 $R J$ қашықтықта) күн желі мен магнитосфера арасындағы соқтығысудан туындайтын толқынды бұзылу — негізгі соққы толқыны орналасады. Магниттік үзіліс мен негізгі соққы толқынының арасындағы аймақ магниттік өтпелі қабат немесе магнитосфера қабаты деп аталады.

Ғаламшардың түнгі жағында күн желі Юпитер магнит өрісінің сызықтарын магнитосфераның ұзын, созылған құйрығына тартады, ол кейде тіпті Сатурн орбитасынан асып кетеді. Юпитердің магнитосферасының құйрығы құрылымы бойынша Жердің магнитосферасының құйрығына ұқсас. Ол екі «гүл жапырағынан» тұрады (схемада көкпен белгіленген аймақтар). Оңтүстік жапырақтағы магнит өрісі Юпитерге бағытталған, ал солтүстіктегі өріс — оған қарсы бағытталған. Жапырақтар плазманың жұқа қабатымен бөлінген, оны құйрықтық тоқ қабаты деп атайды (схемадағы ұзын қызғылт аймақ). Жердің магнитосферасындағыдай, Юпитердің магнитосферасының құйрығы да канал болып табылады, оның ішінде күн плазмасы магнитосфераның ішкі аймақтарына өтеді, онда ол қызады да, радиациялық белдеулерді қалыптастырады, олар Юпитерден 10 $R J$ аз қашықтықта пайда болады.

Юпитер магнитосферасының пішіні, жоғарыда сипатталғандай, келесі процестермен қолданылады:

Бейтарап тоқ қабаты, ол Юпитердің айналу бағытына қарай құйрықтық плазма қабаты арқылы өтеді;
Құйрықтағы плазманың ағындары, олар Юпитердің айналуына қарсы бағытта магнитосфераның сыртқы шекарасында ағады;
Магниттік үзілістегі тоқтар (немесе Чапман-Ферраро тоқтары), олар ғаламшардың айналуына қарсы бағытта күндізгі магниттік үзіліс аймағында ағады. Бұл тоқтар Юпитердің ішкі магнит өрісін магнитосферадан тыс жерде нөлге теңестіреді (орнын толтырады). Олар күн желімен белсенді түрде әрекеттеседі.

Дәстүр бойынша, Юпитердің магнитосферасы үш бөлікке бөлінеді: ішкі, ортаңғы және сыртқы магнитосфера. Ішкі магнитосфера ғаламшардың ортасынан 10 $R J$ дейінгі қашықтықта орналасқан. Ондағы магнит өрісі негізінен диполь болып табылады, өйткені экваториалды плазмалық қабат арқылы өтетін тоқтардың әсері мұнда елеусіз. Ортаңғы (10-40 $R J$ аралығында) және сыртқы (40 $R J$ әрі) магнитосферада магнит өрісі диполь құрылымынан ауытқып, плазмалық қабаттың әсерінен айтарлықтай бұзылады.

Дереккөздер

Khurana, 2004, pp. 12—13.
Russel, 1993, p. 694.
Krupp, 2004, pp. 15-16.
Russel, 1993, pp. 725—727.
Khurana, 2004, pp. 6-7
Kivelson, 2005, pp. 303—313.

[Khurana12-1] Khurana, 2004, pp. 12—13.

[Russell1993-694-2] Russel, 1993, p. 694.

[Krupp15-3] Krupp, 2004, pp. 15-16.

[Russell1993-725-4] Russel, 1993, pp. 725—727.

[Khurana6-5] Khurana, 2004, pp. 6-7

[Kivelson303-6] Kivelson, 2005, pp. 303—313.