Магнитные поля планет | НПК «Магниты и системы»
Уважаемые клиенты!
Про магнитное поле Земли давно известно, и все про это знают. Но есть ли магнитные поля на других планетах? Попробуем разобраться…
Магни́тное по́ле Земли́ или геомагни́тное по́ле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад. На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли.
По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный «хвост».
Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Это область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше. Содержит большое количество ионов.
Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.
Магнитное поле Земли генерируется токами в жидком металлическом ядре. Т. Каулингом еще в 1934 году показано, что механизм генерации поля (геодинамо) не обеспечивает устойчивости (теорема «анти-динамо»). Проблема происхождения и сохранения поля не решена по сей день.
Аналогичный механизм генерации поля может иметь место и на других планетах.
Есть ли магнитное поле у Марса?
На планете Марс не существует планетарного магнитного поля. Планета имеет магнитные полюса, которые являются остатками древнего планетарного поля. Так как магнитное поле Марса фактически отсутствует, то он постоянно подвергается бомбардировке солнечным излучением, а также воздействием солнечного ветра, что делает его бесплодным миром, который мы и видим сегодня.
Большинство планет, создают магнитное поле с помощью динамо-эффекта.
Металлы в ядре планеты расплавлены и постоянно движутся. Движущиеся металлы создают электрический ток, который в конечном итоге проявляется в виде магнитного поля.
На Марсе есть магнитное поле, которое представляет собой остатки древних магнитных полей. Оно похоже на поля, найденные на дне океанов Земли. Ученые считают, что их присутствие является возможным признаком того, что у Марса была тектоника плит. Но другие данные свидетельствуют о том, что эти движения литосферных плит прекратились около 4 миллиардов лет назад.
Полосы поля достаточно сильны, почти так же, как у Земли, и могут распространяться на сотни километров в атмосферу. Они взаимодействуют с солнечным ветром и создают полярные сияния так же, как и на Земле. Ученые наблюдали более 13 000 этих сияний.
Отсутствие планетарного поля означает что ее поверхность получает в 2,5 раза больше излучения, чем Земля. Если люди собираются исследовать планету, необходим способ оградить человека от вредного воздействия.
Одно из последствий отсутствия, у планеты Марс магнитного поля — невозможность присутствия жидкой воды на поверхности. Марсоходы обнаружили большое количество водяного льда под поверхностью, и ученые считают, что там может быть жидкая вода. Недостаток воды добавляет препятствий, которые инженеры должны преодолеть для того, чтобы изучить, и впоследствии колонизировать, Красную планету.
У Меркурия, как и у нашей планеты, есть магнитное поле. До полета космического корабля Маринер-10 в 1974 году, никто из ученых не знал о его наличии.
Магнитное поле МеркурияОно составляет около 1,1% от Земного. Многие астрономы в то время предполагали, что это поле реликтовое, то есть оставшееся от ранней истории. Информация с космического корабля MESSENGER полностью опровергла эту догадку и теперь астрономы знают, что динамо-эффект в ядре Меркурия несет ответственность за возникновение.
Оно образуется динамо-эффектом движущегося в ядре расплавленного железа.
Магнитное поле является дипольным, как на и Земле. Это означает, что у него есть северный и южный магнитные полюса. MESSENGER не нашел доказательств существования аномалий в виде пятен, это свидетельствует о том, что оно создается в ядре планеты. Ученые до недавнего времени думали, что ядро Меркурия остыло до такой степени, что она больше не может вращаться.Об этом говорили трещины по всей поверхности, которые были вызваны охлаждением ядра планеты и последующим его воздействием на кору. Поле достаточно сильное, чтобы отклонять солнечный ветер, создавая магнитосферу.
МагнитосфераОна захватывает плазму солнечного ветра, что способствует выветриванию поверхности планеты. Маринер-10 обнаружил низкую энергию плазмы и всплески энергичных частиц в хвосте, указывающие на динамические эффекты.
MESSENGER обнаружил много новых деталей, таких как таинственные утечки магнитного поля и магнитные торнадо. Эти торнадо представляют собой витые пучки, которые идут от планетарного поля и соединяются в межпланетном пространстве.
Некоторые из этих торнадо могут иметь размер от 800 км в ширину до трети радиуса планеты. Магнитное поле отличается асимметрией. Космический аппарат MESSENGER обнаружил, что центр поля смещен почти на 500 км севернее от оси вращения Меркурия.
Из-за этой асимметрии, южный полюс Меркурия меньше защищен и подвержен гораздо большему облучению агрессивными солнечными частицами, нежели северный полюс.
Венера имеет магнитное поле, которое, как известно, невероятно слабо. Ученые до сих пор не уверены почему это так. Планета известна в астрономии как двойник Земли.
Она имеет такой же размер и примерно аналогичное расстояние от Солнца. Она также является единственной из других планет внутренней Солнечной системы, которая имеет значительную атмосферу. Однако отсутствие сильной магнитосферы указывает на существенные различия между Землей и Венерой.
Общее строение планеты
Венера как и все остальные внутренние планеты Солнечной системы — скалистая.
Ученые не очень много знают о формировании этих планет, но основываясь на данных, полученных с космических зондов, они сделали некоторые догадки. Мы знаем, что внутри Солнечной системы были столкновения планетазималей богатых железом и силикатами. Эти столкновения создали молодые планеты, с жидкими ядрами и хрупкой молодой корой состоящей из силикатов. Однако большая загадка заключается в развитии железного ядра.
Мы знаем, что одной из причин образования сильного магнитного поля Земли является то, что железное ядро работает как динамо машина.
Почему у Венеры нет магнитного поля?Это магнитное поле защищает нашу планету от сильного солнечного излучения. Однако это не происходит на Венере и есть несколько гипотез объясняющих это. Во-первых, ядро ее полностью затвердело. Ядро Земли по-прежнему частично расплавлено и это позволяет ему производить магнитное поле. Другая теория гласит, что это связано с тем, что планета не имеет тектоники плит, как Земля.
Когда космические аппараты ее исследовали, они обнаружили, что магнитное поле Венеры существует и в несколько раз слабее чем у Земли, однако, солнечное излучение оно отклоняет.
Ученые теперь полагают, что поле, на самом деле, является результатом работы ионосферы Венеры, взаимодействующей с солнечным ветром. Это означает, что планета имеет индуцированное магнитное поле. Однако подтвердить это дело будущих миссий.
В статье взяты материалы с сайта: http://spacegid.com
следите за новостями!
Российские ученые уточнили размер магнитного хвоста Венеры
https://ria.ru/20140508/1006970270.html
Российские ученые уточнили размер магнитного хвоста Венеры
Российские ученые уточнили размер магнитного хвоста Венеры — РИА Новости, 08.05.2014
Российские ученые уточнили размер магнитного хвоста Венеры
У Венеры, в отличие от остальных планет Солнечной системы, совсем нет собственного магнитного поля. Тем не менее, вокруг нее формируется так называемая индуцированная магнитосфера, возникающая за счет взаимодействия солнечного ветра.
2014-05-08T12:11
2014-05-08T12:11
2014-05-08T12:17
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.
img.ria.ru/images/147420/39/1474203953_0:238:3000:1926_1920x0_80_0_0_7ae8af3fc9e2d326a0a5f4e108791db3.jpg
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2014
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
1920
1080
true
1920
1440
true
https://cdnn21.img.ria.ru/images/147420/39/1474203953_213:0:2789:1932_1920x0_80_0_0_c5044fe1e816a3bad317d8ebde9dff7e.
jpg
1920
1920
true
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
космос — риа наука
Наука, Космос — РИА Наука
МОСКВА, 8 мая — РИА Новости. Ученые из Института космических исследований РАН (ИКИ) с помощью компьютерного моделирования и данных межпланетных зондов определили длину магнитного хвоста Венеры. Согласно расчетам ученых, опубликованным в журнале Solar System Research, магнитный хвост простирается на расстояние от 30 до 45 радиусов планеты, что примерно в шесть раз меньше прежних оценок.
Первые миссии советских и американских космических аппаратов к Венере показали, что у этой планеты в отличие от остальных планет Солнечной системы совсем нет собственного магнитного поля.
Тем не менее, вокруг нее формируется так называемая индуцированная магнитосфера, возникающая за счет взаимодействия солнечного ветра, то есть потока заряженных частиц от Солнца, и межпланетного магнитного поля с ионосферой Венеры.
Астрономы впервые засняли «радугу» в атмосфере Венеры
12 марта 2014, 13:20
При этом на дневной стороне силовые линии межпланетного магнитного поля растягиваются подобно рогатке. На теневой стороне растянутые силовые линии постепенно выпрямляются за счет сил магнитного натяжения. На некотором расстоянии от планеты силовые линии распрямляются, и магнитный хвост с характерной конфигурацией силовых линий заканчивается.
Сотрудники ИКИ на основе данных европейского зонда «Венера-Экспресс» и американского аппарата «Пионер-Венера», работавшего на венерианской орбите с 1978 по 1992 год, с помощью магнитогидродинамической модели оценили, насколько далеко тянется магнитный хвост планеты на теневой стороне.
«Длина магнитосферного хвоста лежит в диапазоне от 31 до 44 радиусов Венеры (от 187,6 тысячи до 266,3 тысячи километров)», — пишут авторы исследования.
Они отмечают, что полученная ими оценка длины магнитного хвоста оказалась в шесть раз меньше оценок, выполненных в середине 1980-х годов по результатам измерений на аппаратах «Венеры-9,10». Тогда исследователи пришли к выводу, что магнитный хвост простирается вплоть до 200 радиусов Венеры.
Solar Mission раскрывает новые подробности о необычном магнитном поле Венеры
Недавно обработанная, усиленная контрастом версия изображения Венеры, сделанного Маринером-10 в феврале 1974 года. Плотная атмосфера Венеры отвечает за необычную индуцированную магнитосферу планеты.
Авторы и права: NASA/Jet Propulsion Laboratory-Caltech
Чт, 03.06.2021 — 15:00
Jeremy Rehm
Solar Orbiter, совместная миссия НАСА и Европейского космического агентства (ЕКА), предоставит революционные новые открытия о Солнце, включая самые близкие изображения Солнца и первые изображения его полюсов. Но миссия также делает некоторые новые открытия о нашей ближайшей планетарной соседке Венере.
Новый анализ данных Solar Orbiter, собранных во время его первого пролета мимо Венеры в декабре прошлого года, показывает, что уникальная магнитная среда планеты, которая не создается самой планетой, по-прежнему достаточно надежна, чтобы разгонять частицы до миллионов миль в час. Ученые говорят, что это открытие, опубликованное 3 мая 2021 года в журнале «Астрономия и астрофизика», подчеркивает важность изучения разнообразия магнитных полей во Вселенной и может быть полезным для изучения планет в других солнечных системах.
В отличие от Земли, обладающей собственным магнитным полем из-за выплескивания расплавленного материала внутри своего ядра, Венера генерирует свое магнитное поле в результате взаимодействия солнечного ветра с ионосферой планеты, атмосферной областью, заполненной заряженными атомами. Эти заряженные атомы создают электрические токи. Когда солнечный ветер обволакивает Венеру, он взаимодействует с этими потоками, создавая полноценную магнитосферу вокруг планеты.
«Это своего рода странная индуцированная магнитосфера», — сказал Роберт Аллен, космический физик из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, и ведущий автор исследования.
Хотя ученые знали об этой необычной магнитосфере из полетов на Венеру с 1960-х по 1980-е годы, остается еще много неизвестного. Солнечный ветер, например, тянет магнитосферу планеты за планету, образуя «хвост», известный как хвост магнитосферы. Но как далеко может простираться индуцированная магнитосфера, прежде чем она развалится?
«Это гораздо более нестабильная система, извивающаяся и колеблющаяся под действием солнечного ветра», — объяснил Аллен.
Художественное представление об индуцированной Венерой магнитосфере, которая возникает, когда солнечный ветер Солнца взаимодействует с ионосферой Венеры, создавая планетарное магнитное поле, которое солнечный ветер тащит за планету. Разные цвета представляют разные области магнитосферы, а метки показывают, где в магнитосфере возникают различные механизмы ускорения частиц (турбулентность, взаимодействия волн и частиц, токовые слои).
Кредит: Johns Hopkins APL/Ben Smith
Магнитные поля также ускоряют заряженные частицы, такие как электроны и протоны. Но ускоряет ли индуцированная магнитосфера частицы так же — и до тех же скоростей — что и собственная?
Вот тут-то и появился Solar Orbiter.
«Миссия Solar Orbiter выведет его из плоскости эклиптики, где вращаются планеты, чтобы увидеть полюса Солнца», — сказала Тереза Ньевес-Чинчилла, научный сотрудник проекта Solar Orbiter в NASA Goddard. Центр космических полетов в Гринбелте, штат Мэриленд. «Но для этого нам нужна помощь Венеры».
В то время как другие космические аппараты, в том числе Parker Solar Probe и MESSENGER, скользят вокруг Венеры, используя свою гравитацию для приведения в движение или замедления космического корабля, Solar Orbiter появился из-за планеты и пролетел над ее северным полюсом, чтобы вывести космический корабль из эклиптики Солнечной системы. самолет, чтобы он мог видеть полюса Солнца.
«Нам повезло, что у нас была такая траектория, которую никто другой не хотел иметь», — со смехом сказал Аллен.
«Именно природа того, как мы использовали этот облет, привела нас к этой области, которая как бы не использовалась».
Solar Orbiter обнаружил, что магнитное поле Венеры простирается как минимум на 188 000 миль позади планеты — примерно на расстоянии от Земли до Луны. Это мало по сравнению с хвостом магнитосферы Земли, который простирается более чем в два раза на большее расстояние. Несмотря на размер и нестабильность магнитного поля, Solar Orbiter обнаружил, что он ускоряет частицы до скорости более 5 миллионов миль в час на таком большом расстоянии от планеты.
Команда определила несколько механизмов, приводящих в движение частицы, и все они находятся в магнитосферах, подобных земным. Волны, движущиеся вдоль силовых линий магнитного поля, например, иногда соответствовали скорости вращения заряженных частиц вокруг этих линий, что давало частицам дополнительный толчок. В других случаях турбулентность в магнитном поле или частицы, попавшие в токовые слои — электрические токи, ограниченные поверхностью — передавали достаточно энергии, чтобы частицы могли вылетать со скоростью почти 7 миллионов миль в час.
«Тот факт, что такая относительно небольшая система по-прежнему имеет столько механизмов, которые ускоряют частицы до этого диапазона энергий, для меня удивителен и действительно интересен», — сказал Джордж Хо, космический физик APL и главный исследователь супратермического ионного спектрографа. (SIS), который является частью набора инструментов Energetic Particle Detector на Solar Orbiter.
Впечатление художника от Solar Orbiter, совместной миссии ЕКА и НАСА. В то время как миссия Parker Solar Probe под руководством APL предоставляет изображения солнечной короны и солнечного ветра, Solar Orbiter сделает самые близкие прямые изображения Солнца, а также первые изображения полюсов нашей звезды.
Авторы и права: ESA/ATG medialab
Знание того, что они существуют даже в этом наведенном магнитном поле, показательно. По словам Хо, это часть больших усилий по пониманию всего зоопарка магнитосфер во Вселенной, усилий, которые могут помочь нам понять, какие магнитные явления могут происходить вокруг экзопланет в других солнечных системах, которые до сих пор невозможно наблюдать напрямую.
— Мы знаем, что в нашей системе Венера — единственная планета с таким устройством, — сказал Аллен. «Но, глядя на все экзопланеты, которые мы обнаружили, кто может сказать, что мы увидим, как только сможем начать исследовать магнитосферы вокруг экзопланет».
Солнечный орбитальный аппарат снова пролетит мимо Венеры в августе этого года, всего за день до того, как BepiColombo, миссия ЕКА и Японского агентства аэрокосмических исследований к Меркурию, также пролетит мимо планеты. Оба космических корабля будут собирать данные о Венере по пути, давая ученым редкое двухточечное представление о том, как эти явления меняются со временем и как они различаются перед и за планетой.
СВЯЗАННАЯ ОБЛАСТЬ ВОЗДЕЙСТВИЯ
ESA Science & Technology — магнитный сюрприз для Venus Express
5 апреля 2012 г.
Венера — редкость среди планет — мир, не генерирующий внутренне магнитное поле. Несмотря на отсутствие большой защитной магнитосферы, околовенерианская среда действительно имеет ряд общих черт с такими планетами, как Земля.
Последний, удивительный пример — свидетельство магнитного пересоединения в хвосте магнитосферы Венеры.
| Солнечный ветер формирует магнитосферы Земли и Венеры. Кредит: ЕСА |
Поскольку у Венеры нет собственного магнитного поля, которое могло бы действовать как щит от прилетающих заряженных частиц, солнечный ветер иногда напрямую взаимодействует с верхними слоями атмосферы. Однако Венера частично защищена наведенным магнитным полем.
Как и на Земле, солнечное ультрафиолетовое излучение удаляет электроны из атомов и молекул в верхних слоях атмосферы, создавая область электрически заряженного газа, известную как ионосфера. Этот ионизированный слой взаимодействует с солнечным ветром и магнитным полем, переносимым солнечным ветром.
Во время непрерывной борьбы с солнечным ветром эта область верхних слоев атмосферы способна замедлять и отклонять поток частиц вокруг планеты, создавая магнитосферу, по форме напоминающую хвост кометы, с подветренной стороны планеты
Наблюдения космических аппаратов за многие десятилетия показали, что магнитное пересоединение часто происходит в магнитосферах Земли, Меркурия, Юпитера и Сатурна. Этот процесс преобразования магнитной энергии в кинетическую происходит, когда противоположно направленные силовые линии магнитного поля разрываются и снова соединяются друг с другом. На Земле это пересоединение отвечает за магнитные бури и полярные полярные сияния — так называемые северное и южное сияния.
До сих пор не считалось, что воссоединение происходит на ненамагниченных планетах. Тем не менее, Тилонг Чжан и международная группа соавторов теперь сообщают в Science Express, онлайн-версии журнала Science, что они нашли первое свидетельство магнитного пересоединения в хвосте магнитосферы Венеры.
Видео не поддерживается |
| Анимация магнитного пересоединения в индуцированном магнитосфере Венеры. (Для увеличения версии этого видео нажмите здесь). Кредит: ESA |
Космический аппарат ESA Venus Express движется по околополярной орбите, идеально подходящей для таких инструментов, как магнитометр и детектор низкоэнергетических частиц, для наблюдения за взаимодействием солнечного ветра, ионосферы и хвоста магнитосферы. Предыдущие миссии, такие как Pioneer Venus, либо находились на разных орбитах, либо были активны в разные периоды солнечной активности, поэтому они не смогли обнаружить эти события повторного подключения.
15 мая 2006 года аппарат Venus Express пересекал хвост венерианской магнитосферы, когда наблюдал структуру вращательного магнитного поля в течение примерно 3 минут. Расчеты, основанные на его продолжительности и скорости, показывают, что он составлял около 3400 км в поперечнике.
Событие, которое произошло примерно на 1,5 радиуса Венеры (около 9000 км) ниже по хвосту, считается свидетельством прохождения плазмоида — переходной структуры магнитной петли, которая формируется магнитным пересоединением в планетарном хвосте магнитосферы.
Дальнейшие исследования данных магнитного поля с Venus Express выявили признаки многих подобных наблюдений обмена энергией между магнитным полем и плазмой в хвосте.
Данные также показывают, что во многих отношениях магнитосфера Венеры представляет собой уменьшенную версию земной.
Магнитное пересоединение происходит в хвосте магнитосферы Земли и плазменном слое на расстоянии около 10-30 планетарных радиусов вниз по хвосту магнитосферы.
Поскольку магнитосфера Земли в 10 раз больше, можно ожидать, что повторное соединение на Венере произойдет на 1-3 радиуса ниже ее хвоста. Именно там Venus Express обнаружила события повторного подключения.
« Плазмоиды являются обычным явлением в магнитосферах таких планет, как Земля и Юпитер, но их не ожидалось в хвосте магнитосферы ненамагниченной планеты, такой как Венера, », — сказал Тилонг Чжан, ведущий автор научной статьи. Чжан является главным исследователем магнитометра на Venus Express и старшим научным сотрудником Института космических исследований в Граце, Австрия.
» Повторное соединение разделяет хвост магнитосферы, в результате чего большая часть плазмы хвоста выбрасывается в космос. Он также образует плазмоидную структуру, которая направляется к Венере и направляет часть потока энергии солнечного ветра на ночную сторону. В результате магнитное пересоединение вызывает циркуляцию плазмы на Венере, подобно тому, что происходит в хвосте магнитосферы Земли.
»
Открытие того, что плазма теряется из хвоста в результате магнитных пересоединений, обеспечивает возможный новый механизм для объяснения того, как и почему газы теряются из верхних слоев атмосферы Венеры. Это имеет значение для понимания того, как Венера потеряла воду после того, как планета начала испытывать безудержный парниковый эффект.
» Хотя понимание атмосферных потерь является ключом к установлению эволюционной истории планет, роль магнитного пересоединения все еще плохо изучена из-за нехватки наблюдений in situ на планетах, отличных от Земли, », — сказал Хокан Сведхем, научный сотрудник проекта Venus Express ЕКА.
» Этот результат подтверждает, что наблюдение за планетами земной группы космическими аппаратами, такими как Venus Express, Mars Express и Cluster, необходимо, если мы хотим понять сложную эволюцию атмосфер и планет в целом. »
Связанная публикация
Zhang, T.L., et al., « Магнитное пересоединение в околовенерианском хвосте магнитосферы », Science 1217013 Опубликовано онлайн 5 апреля 2012 г.
, doi:10.1126/science.1217013
Примечания для редакторов
Представленное здесь исследование основано на измерениях, полученных с помощью приборов Магнитометр (MAG) и Анализатор космической плазмы и энергетических атомов (ASPERA-4) на борту космического корабля ЕКА Venus Express.
Магнитометр MAG измеряет силу и направление индуцированного магнитного поля вокруг Венеры. Эта информация используется для определения границ между различными областями плазмы, изучения взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Венеры и предоставления вспомогательных данных для измерений, выполненных другими приборами.
Эксперимент ASPERA-4 предназначен для изучения взаимодействия между солнечным ветром и венерианской атмосферой, а также для определения характеристик плазменной и нейтральной газовой среды в околовенерианском пространстве посредством визуализации энергичных нейтральных атомов и локальных измерений заряженных частиц.
Venus Express, первая европейская миссия к миру-близнецу Земли, исследует природу нашего ближайшего планетарного соседа.