Магнитные поля в космосе
Что такое магнитное поле и силовые линии, как они устроены у планет, Солнца, пульсаров и галактик, как поля измеряют и какую роль они играют в космосе.
Магнитное поле — область пространства, в которой на движущиеся заряженные частицы действует сила. Его невозможно увидеть, но можно изобразить силовыми линиями: идея принадлежит Майклу Фарадею, который в 1830–1840-х годах представил поле как «трубки» из линий, натянутых между полюсами. Космос полон таких полей: плазма, из которой состоят звёзды и межзвёздный газ, проводит ток, а значит, везде, где она есть, есть и магнитные поля.
Единицы
Поле измеряют в теслах (Тл) или гауссах (1 Тл = 10 000 Гс). Земное поле у поверхности — 25–65 мкТл (0,25–0,65 Гс) («Магнитное поле Земли»). Для сравнения, у Солнца в среднем около 1 Гс, а в солнечных пятнах — 2000–3000 Гс.
Где какие поля
- Планеты. Магнитным полем обладают Земля, Меркурий, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и спутник Юпитера Ганимед. У Венеры его нет, а у Марса остались только участки намагниченной коры.
- Солнце. Магнитное поле порождает пятна, вспышки и выбросы («Вспышка 1859 года», «Солнечный дождь»). Каждые 11 лет полярность пятен меняется, а полный магнитный цикл — 22 года.
- Нейтронные звёзды. У пульсаров поле достигает триллиона гауссов, а у магнетаров — до квадриллиона (10¹⁵) («Нейтронные звёзды»).
- Галактики. В Млечном Пути поле слабое: несколько микрогаусс, но оно пронизывает весь диск и влияет на движение межзвёздного газа и космических лучей.
Как поля измеряют
Дистанционно поле измеряют по расщеплению спектральных линий — эффект Зеемана (1896 год). Джордж Хейл в 1908 году впервые обнаружил магнитные поля в солнечных пятнах именно так («Свет и спектры»). Есть и другие способы: по поляризации света, по радиоизлучению электронов, вращающихся вдоль силовых линий, и по повороту плоскости поляризации радиоволн. Вблизи Земли поля измеряют спутниками напрямую.
Что они делают
В хорошо проводящей плазме магнитные линии «вморожены» в вещество и движутся вместе с ним. Поэтому поле направляет потоки заряженных частиц, удерживает плазму в петлях на Солнце, ускоряет космические лучи, определяет форму магнитосферы планет и вызывает полярные сияния («Солнечный ветер»). Когда силовые линии пересоединяются, накопленная в поле энергия высвобождается мгновенно — так происходят солнечные вспышки.