Магнітосфера Землі та її взаємодія з сонячним вітром
Коли сонячний вітер взаємодіє з магнітосферою Землі, сценарії можуть бути самими різними. Завдяки високій провідності плазми сонячного вітру магнітне поле Сонця виявляється таким, що постійно присутнє в міжпланетному середовищі. Це явище відоме як міжпланетне магнітне поле. Коли таке поле і магнітне поле Землі мають протилежні напрями магнітних ліній, відбувається магнітне пересполучення. В результаті, як з'ясувалося, плазма сонячного вітру входить безпосередньо в магнітосферу і потрапляє на Землю.
Тут, звичайно, не обходиться без наслідків: полярні сяйва (зокрема в помірних широтах), збої зв'язку, зникнення сигналу GPS.
Коли міжпланетне магнітне поле (біла стрілка) орієнтоване на захід або схід, нестабільність Кельвіна — Гельмгольца приводить до попадання сонячного вітру в атмосферу високих широт. (Тут і нижче за ілюстрацію AOES Medialab.)
Місія Cluster виявила несподіване. В районі магнітопаузи існують величезні — до 40 тис. км — вихори, що породжуються нестійкістю Кельвіна — Гельмгольца, яка виникає за наявності зрушення між шарами суцільного середовища або тоді, коли два контактуючі середовища мають достатню різницю швидкостей. Найбільш поширеним прикладом такої нестійкості вважається виникнення хвиль на поверхні води за наявності вітру. На межі магнітосфери Землі і міжпланетного магнітного поля, таким чином, теж є хвильові явища, включаючи величезних масштабів вихори.
Магнітні хвилі Кельвіна — Гельмгольца, як виявилось, здатні забезпечувати частинкам сонячного вітру систематичне проникнення в область, що теоретично захищається магнітосферою планети.
У разі ж, коли міжпланетне магнітне поле направлене на північ або південь, прорив плазми сонячного вітру відбувається навіть в низьких, субекваторіальних широтах.
|
|
|
«Ми виявили, що в тих випадках, коли міжпланетне магнітне поле направлене із заходу або сходу, шари магнітопаузи у високих широтах стають більш схильними до нестабільності Кельвіна — Гельмгольца, — розповідає Кіонг-Джу Хван з Центру космічних польотів імені Годдарда (США), провідний автор даного дослідження. — Насправді дуже складно уявити собі ситуацію, коли плазма сонячного вітру не змогла б проникнути в магнітосферу, оскільки остання не є довершеним магнітним доменом».
Таким чином, на ділі магнітосфера Землі нагадує сито, що дозволяє сонячному вітру постійно проникати до Землі. Схожі ефекти відбуваються і в магнітосфері Меркурія, а також у Сатурну. Це примушує припустити, що Земля в цьому відношенні не унікальна і магнітосфера не захищає від плазми сонячного і зоряного вітрів ні планети Сонячної системи, ні екзопланети. Словом, небезпека сонячного вітру, якому інші теорії приписували роль головного «викрадача» води і атмосфери Марса, видно, істотно перебільшена. Принаймні його доступ всередину розташованої ближче до Сонця магнітосфери Землі за мільярди років не привів до таких наслідків.
|
|
|
Вихрове електричне поле. Вихрові струми.
Вихрові струми, струми Фуко названі на честь Леона Фуко — вихрові індукційні струми, які виникають у масивних провідниках при зміні магнітного потоку, який їх пронизує.
Вперше вихрові струми виявлені французьким ученим Франсуа Араго (1786—1853) в 1824 р. у мідному диску, розташованому на осі під магнітною стрілкою, яка оберталася. За рахунок вихрових струмів диск теж обертався. Це явище, назване явищем Араго, було пояснене декілька років по тому M. Фарадеєм з позицій відкритого ним закону електромагнітної індукції: магнітне поле, яке обертається, індукує у мідному диску струми (вихрові), які взаємодіють з магнітною стрілкою. Вихрові струми названі на честь французького фізика Фуко (1819—1868). Він відкрив явище нагрівання металічних тіл, які обертаються у магнітному полі, вихровими струмами.
Струми Фуко виникають під дією змінного електромагнітного поля і за своєю фізичною природою нічим не відрізняються від індукційних струмів, що виникають у лінійних провідниках.
|
|
|
Оскільки електричний опір провідників малий, то сила струмів Фуко може досягати великих значень. Згідно з правилом Ленца вони вибирають у провіднику такий напрямок, щоб протистояти причині, яка їх викликає. Тому у сильному магнітному полі провідники, які рухаються, витримують сильне гальмування, яке пояснюється взаємодією струмів Фуко з магнітним полем. Цей ефект застосовується для демпфування рухливих частингальванометрів, сейсмографів тощо.
Теплова дія струмів Фуко використовується в індукційних печах — у котушку, яка живиться від високочастотної батареї великої сили поміщають тіло-провідник, у якому виникають вихрові струми, які розігрівають його до плавлення.
У багатьох випадках струми Фуко небажані, шкідливі. Для боротьби з ними приймаються спеціальні заходи: наприклад, якоря трансформаторів набираються з тонких пластин. Поява феритів зробила можливим виготовлення цих провідників суцільними.
Дата добавления: 2019-03-09; просмотров: 533; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!