magnetosfæren

Grenseflaten for magnetosfæren kalles magnetopausen. På dagsiden av Jorda er magnetopausen formet som en flattrykt halvkule. Under uforstyrrede forhold ligger magnetopausen ca. 10 jordradier (ca. 64 000 kilometer) fra Jordas sentrum. Avstanden varierer med hastigheten og tettheten til solvinden som igjen varierer med solaktiviteten. Ved høy aktivitet trykkes magnetopausen nærmere inn mot Jorda.

I magnethalen som strekkes ut på nattsiden, vil magnetopausen være sylinderformet. Det lar seg ikke gjøre å bestemme nøyaktig hvor langt haleområdet strekker seg, men det er påvist at den trekkes flere millioner kilometer ut i solvindens strømningsretning.

Når vi ser på magnetfeltet skiller vi mellom det som kalles lukkede magnetiske feltlinjer og det som kalles åpne magnetiske feltlinjer. De lukkede magnetiske feltlinjene har to fotpunkter på Jorda. Det vil si at linjen har «festet» til jordoverflaten ved polområdene både i nord og i sør. Åpne feltlinjer har kun et fotpunkt på Jorda. Den andre enden er knyttet til solvindens interplanetariske magnetfelt.

På dagsiden av magnetopausen finner man to magnetiske åpninger, ett på hver halvkule. Disse åpningene eksisterer i overgangen mellom lukkede magnetiske feltlinjer og de åpne magnetiske feltlinjene som trekkes over til haleregionen. Her dannes det en magnetisk trakt med åpning ut mot verdensrommet. Denne trakten kalles polarkløften. Polarkløften er viktig i koblingen mellom solvinden og magnetosfæren. I dette området er det lettere for plasmapartikler fra solvinden å trenge inn i Jordas atmosfære. På den nordlige halvkulen finner vi polarkløften over Svalbard når Europa vender mot Sola. Dette gjør Svalbard til et ideelt område for å studere partikkelnedbør fra solvinden.

I magnetosfærens haleområde på nattsiden dannes det et nøytralt sjikt i grenselaget mellom åpne feltlinjer som trekkes inn til henholdsvis nordlig og sørlig halvkule.

Strålingsbeltene, også kalt van Allen-beltene etter fysikeren James Alfred van Allen, ligger som ringer rundt Jora ut til omtrent fem jordradier. Ringene består av elektroner og protoner som er fanget inn i Jordas magnetfelt. Karakteristisk for partiklene i strålingsbeltene er at de har veldig høy energi. Delvis overlappende med den indre delen av strålingsbeltene finner man et område med forholdsvis tett og kaldt (lavenergi) plasma. Dette området kalles plasmasfæren og strekker seg ut til ca. fire jordradier. Plasmasfæren består hovedsakelig av ioner fra Jordas ionosfære. Plasmasfæren er så sterkt bundet til Jorda at hele plasmaringen følger med i Jordas rotasjon.

I den sentrale delen av magnetosfærehalen, utenfor strålingsbeltene og dermed på åpne feltlinjer, ligger plasmasjiktet. Her finner vi et forholdsvis tynt plasma med energi i kiloelektronvolt-området. Partiklene i plasmasjiktet kommer delvis fra ionosfæren, delvis fra hale-loben (se figur) som grenser inn til plasmasjiktet på over- og undersiden, og delvis kommer de inn fra solvinden gjennom de åpne feltlinjene i halen. Feltlinjene i området leder ned i nordlysovalen, og det er i plasmasjiktet vi må se etter kildene til nordlys og magnetiske substormer.

Ytterst mot magnetopausen i haleregionen ligger en plasmakappe med partikler med lav energi som hovedsakelig kommer fra solvinden. Feltlinjene i dette området leder ned i ionosfæren på dagsiden av polkalotten.

Magnetopausen danner en skjerm mot partikkelinnstrømningen fra solvinden. Denne skjermingen er imidlertid ikke absolutt. Noe solvindplasma vil til enhver tid trenge inn i magnetosfæren. I polarkløftene vil også skjermingen være svak, og det åpnes for direkte inntrengning av plasma. Det samme vil være tilfelle i de åpne feltlinjeområdene i halen, men her er inntrengningen mindre direkte enn i polarkløftene. En del av plasmaet i magnetosfæren er dermed solvindpartikler, men en betydelig andel vil også komme fra den delen av atmosfæren som kalles ionosfæren. Spesielt vil det være stor plasmautstrømning fra polarområdene.

De viktigste ionene i magnetosfæren er hydrogen, helium og oksygen. Oksygenet kommer fra Jordas atmosfære. Partikkelenergien spenner fra termiske energier (elektronvolt, kaldt plasma) til partikler med energi opp i noen hundre megaelektronvolt. Det er stor variasjon i energien til partiklene i de forskjellige områdene av magnetosfæren.

Elektriske strømmer spiller en viktig rolle i magnetosfæren. I ekvatorplanet i avstanden fire til seks jordradier går en elektrisk strøm i ring rundt Jorda (ringstrøm). Den drives av elektroner og ioner i 10 keV-området. Virkningen av strømmen observeres på Jorda som variasjoner i magnetfeltet. I en magnetisk storm er det ringstrømmen som forårsaker hovedfasen av stormen. Andre strømsystemer finnes i haleregionen og i de ytre grenseområder av magnetosfæren. Strømmer langs de magnetiske feltlinjene, birkelandstrømmer (oppkalt etter Kristian Birkeland), er viktig for sammenkoblingen mellom magnetosfæren og ionosfæren. Les mer under ionosfærestrømmer.