Юпитер магнитосферасы

Юпитер магнитосферасы
Ашылуы
Алғаш ашушы	Pioneer 10
Ашылған күні	желтоқсан 1973 ж.
Ішкі өріс
радиусы	71 492 км
Магниттік момент	1,56×1020 Tл·м³
Экваторлық өріс кернеулігі	428 мкТл (4,28 Гс)
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 нТл
Тығыздық	0,4 см−3
Магнитосфера сипаттамалары
Түрі	Ішкі
Негізгі соққы толқынының қашықтығы	~82 RJ
Магниттік үзіліс қашықтығы	50-100 RJ
Магнитосфера құйрығының ұзындығы	7000 RJ 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

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 гелиосферадан 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.

Юпитердің ішкі магнит өрісі ғаламшардың сыртқы ядросында орналасқан металл сутегінің 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 Юпитердің ірі серіктерінің бетімен әрекеттесіп, олардың химиялық құрамына және физикалық қасиеттеріне айтарлықтай әсер етеді. Сонымен қатар, бөлшектердің әсері Юпитердің әлсіз сақиналы жүйесіндегі 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 негізгі соққы толқынын, магниттік қабатты, магниттік үзілісті, магнитосфера құйрығын, 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^[1].

Ішкі магниттік өріс

Юпитер магниттік өрісінің негізгі бөлігі, Жердегідей, ішкі динамо процесінің нәтижесінде пайда болады, ол сыртқы өзектегі өткізгіш сұйықтықтың айналымымен қалыптасады. Бірақ Жер ядросы балқытылған темір мен никельден тұратын болса, Юпитер ядросы металл сутегінен 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 мультипольдік компоненттер де бар — квадруполь, октуполь 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°). Магниттік өрістің 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)^[2]. 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 магнит өрісі күн желінің жолын бөгеп, жоғары күн атмосферасынан шығатын иондалған бөлшектердің ағынын баяулатады. Бұл иондардың Юпитер атмосферасына жетуіне кедергі келтіріп, оларды ғаламшардан ауытқытады. Нәтижесінде, күн желінің плазмасынан ерекшеленетін, магнитосфера деп аталатын арнайы аймақ пайда болады. Юпитер магнитосферасы өте үлкен болғаны сонша, оған Күн мен оның көрінетін тәжін бірге сыйғызғанның өзінде де орын жетерлік болар еді. Егер оны Жерден байқауға мүмкіндік болса, аспанда ол толық Айдан шамамен бес есе үлкен көрініп, Юпитердің Айдан 1700 есе алыста орналасқанына қарамастан, зор аумақты қамтитын еді.

Жердің магнитосферасындағыдай, Юпитер магнитосферасында да күн желінің тығыздығы жоғары суық плазмасы мен магнитосфераның ыстық әрі сирек плазмасының арасындағы шекара магниттік үзіліс деп аталады. Күнгей нүктесінде магниттік үзіліс пен ғаламшардың ортасындағы арақашықтық 45-тен 100 $R J$ -ге дейін өзгереді (мұндағы $R J$ = 71 492 км, бұл Юпитердің радиусы), бұл Юпитердің бетінде күн бақылаушының дәл төбесінде орналасқан орынға сәйкес келеді. Магниттік үзілістің орналасуы күн желінің қысымымен анықталады, ал бұл қысым өз кезегінде күн белсенділігі деңгейіне тәуелді. Ғаламшар ортасынан 80-130 $R J$ қашықтықта, магниттік үзілістен алыстау жерде, күн желі мен магнитосфераның өзара әрекеттесуінен туындайтын негізгі соққы толқыны пайда болады^[3]^[4]. Магниттік үзіліс пен негізгі соққы толқыны арасындағы аумақ магниттік өтпелі қабат немесе магнитосфералық қабат деп аталады.

Ғаламшардың түнгі бетінде күн желі Юпитер магнит өрісінің сызықтарын магнитосфераның ұзын, созылған құйрығына бағыттайды, бұл құйрық кейде Сатурн орбитасынан да асып кетуі мүмкін. Юпитердің магнитосфералық құйрығы құрылымдық жағынан Жердің магнитосферасының құйрығына ұқсас. Ол екі бөлікке бөлінген (схемада көк түспен көрсетілген аймақтар): оңтүстік бөлігі магнит өрісінің Юпитерге қарай бағытталған сызықтарынан, ал солтүстік бөлігі – оған қарама-қарсы бағытталған сызықтардан тұрады. Бұл екі бөліктің арасында плазманың жұқа қабаты орналасқан, оны құйрықтық тоқ қабаты деп атайды (схемада қызғылт түспен белгіленген). Жердің магнитосферасындағы сияқты, Юпитердің магнитосфералық құйрығы да күн плазмасының магнитосфераның ішкі аймақтарына өтуіне мүмкіндік беретін арна ретінде қызмет етеді. Бұл плазма ішке өтіп, қызу арқылы радиациялық белдеулерді қалыптастырады, олар Юпитерден 10 $R J$ қашықтықта пайда болады^[5].

Юпитер магнитосферасының пішіні жоғарыда сипатталғандай бірнеше негізгі процестермен анықталады:

Бейтарап тоқ қабаты, ол Юпитердің айналу бағытымен құйрықтық плазма қабаты арқылы өтеді;
Құйрықтағы плазманың ағыны, ол магнитосфераның сыртқы шекарасында Юпитердің айналуына қарсы бағытта қозғалады;
Магниттік үзілісте орналасқан тоқтар (немесе Чапман-Ферраро тоқтары), олар күндізгі магниттік үзіліс аймағында Юпитердің айналуына қарсы бағытта ағып, ғаламшардың ішкі магнит өрісін магнитосферадан тыс аймақта теңестіреді. Бұл тоқтар күн желімен белсенді әрекеттеседі^[6].

Юпитердің магнитосферасы дәстүр бойынша үш бөлікке бөлінеді: ішкі, ортаңғы және сыртқы магнитосфера. Ішкі магнитосфера ғаламшардан 10 $R J$ дейінгі аймақта орналасқан. Мұнда магнит өрісі негізінен дипольді, өйткені экваториалды плазмалық қабаттағы тоқтардың әсері бұл аймақта аз. Ортаңғы магнитосфера (10-40 $R J$ аралығында) мен сыртқы магнитосферада (40 $R J$ әрі) магнит өрісі диполь құрылымынан ауытқып, плазмалық қабаттың ықпалынан 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.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]