13.4. Магнитосфера
13.4.1. Общая информация
Внутреннее магнитное поле Сатурна отклоняет солнечный ветер от поверхности планеты, предотвращая его взаимодействие с атмосферой, и создает область, называемую магнитосферой, наполненную плазмой совсем иного вида, чем плазма солнечного ветра.
[more]Магнитосфера Сатурна – вторая по величине среди магнитосфер планет Солнечной системы, наибольшая принадлежит Юпитеру, третья – Земле. Как сообщается в Википедии, магнитное поле Сатурна является почти дипольным и имеет, как и магнитное поле Земли, Северный и Южный магнитные полюсы. Но, в отличие от Земли, где расположение географических полюсов по знаку противоположно расположению магнитных, Северный магнитный полюс Сатурна находится в Северном полушарии, а Южный – в Южном, как и у Юпитера. Таким образом, у Сатурна силовые линии выходят из Северного магнитного полюса (вблизи Северного географического) и входят в Южный магнитный полюс (вблизи Южного географического). Величина магнитного поля на экваторе равна 21 мкТл (0,21 Гс).
С магнитными полюсами Сатурна вопрос вообще довольно сложный. Координаты нигде не указываются. Как правило, сообщается, что магнитная ось почти совпадает с осью вращения (разница в публикациях оценивается от 0,3° до <1°), « магнитный диполь Сатурна жестко связан с его осью вращения, поэтому магнитное поле очень асимметрично. Диполь несколько смещен вдоль оси вращения Сатурна к Северному полюсу» , и еще – «центр магнитного диполя совпадает с центром планеты» . Как все это может сочетаться и где взять хоть какие-то примерные географические координаты? Но дальше мы все-таки попробуем сориентироваться, пусть хотя бы примерно.
Ко всем перечисленным сложностям добавляется еще одна – зависимость от немыслимого сочетания переменных факторов. К ним относятся и активность Солнца (прежде всего – вспышки), и мощность солнечного ветра, и воздействие магнитосферы Юпитера (в определенные периоды она простирается до орбиты Сатурна), и влияние колец и спутников самого Сатурна (в качестве примера можно привести хотя бы Энцелад, с его гейзерами, выбрасывающими водяной пар, который вносит свою лепту в и без того сложную ионосферу планеты), и т.д. Всего даже не перечислить.
На рис. 13.7 (1) показано общее представление о магнитосфере Сатурна в традиционной манере и без детализации. Для наглядности угол наклона магнитной оси планеты несколько утрирован.
Рис. 13.7. Магнитосфера Сатурна,
1 – . http://osiktakan.ru/saturn/m-sphere1-280.jpg,
2 – Википедия
Приборы, установленные на межпланетной станции, зарегистрировали в околопланетном пространстве Сатурна образования, типичные для планеты, обладающей ярко выраженным магнитным полем: головную ударную волну, границу магнитосферы (магнитопаузу), радиационные пояса (на схеме 2 окрашены розовым цветом). Радиационные пояса имеют правильную форму, причем в них наблюдаются пустые полости, где заряженные частицы выметаются спутниками или кольцами. Вблизи колец концентрация частиц ничтожна.
Внешний радиус магнитосферы Сатурна в подсолнечной точке составляет 23 экваториальных радиуса планеты, а расстояние до ударной волны – 26 радиусов. Ударная волна в зависимости от активности Солнца то приближается к планете, то удаляется от нее. Приборы «Кассини» в процессе приближения к Сатурну зарегистрировали прохождение ударной волны через зонд семь раз: четыре раза внутрь и три наружу. Магнитопауза, граница между магнитосферой Сатурна и солнечным ветром, расположена на расстоянии порядка двух десятков радиусов Сатурна от его центра, а хвост магнитосферы тянется на сотни радиусов. Все перечисленные характеристики в значительной степени зависят от внешних факторов и в определенных пределах могут меняться.
На рис. 13.8. показаны художественные изображения магнитосферы Сатурна, образно дополняющие схемы на рис. 13.7.
Рис. 13.8. Магнитосфера Сатурна в художественном изображении,
http://galspace.spb.ru/index400-1.html
Слева художником изображены магнитосфера Сатурна (серого цвета) с головной ударной волной (голубого цвета) и зонд «Кассини».
На правой картинке обозначены головная ударная волна, магнитопауза, оранжевый тор, отражающий распределение плотного нейтрального газа вне колец планеты, плазменный лист в хвостовой зоне и спутник Титан. Зелеными оттенками обозначена область плазменного слоя. С дневной стороны до самой магнитопаузы плазменный слой содержит энергичные ионы, наполняющие «токовые трубки», изгибающиеся к высоким широтам и вносящие свой вклад в кольцевой ток (на рисунке они очерчены бледными линиями). В ночной стороне магнитосферы плазменный слой постепенно истончается. Предполагалось, что в ионосферу Сатурна самый существенный вклад вносят спутники Энцелад, из Южного полюса которого непрерывно извергается мощный фонтан воды, и Титан, снабжающий ионосферу газами из своей собственной атмосферы.
Энцелад считался главным источником ионов. Из гейзеров на его Южном полюсе извергается до 1000 кг/сек водяного пара, часть которого ионизирована и вынуждена вращаться в соответствии с вращением магнитного поля Сатурна. Суммарно это составляет примерно 100 кг ионов водорода (Н+) и гидроксильной группы (ОН‒) в секунду.
Однако, как установили английские ученые, верхние слои атмосферы Сатурна могут испускать в магнитосферу такую же общую массу частиц в секунду, как и его спутник Энцелад. В публикации https://nplus1.ru/news/2016/02/15/magnetotail-flow сообщается о событии, которое было зарегистрировано при пересечении «Кассини» магнитного хвоста Сатурна в 2006 году. В этой зоне магнитосфера сжата и ограничена под влиянием солнечного ветра. В момент наблюдения за магнитным хвостом было установлено, что состав частиц в хвосте отличался от нормального: водные ионы исчезли. Вместо них зонд зарегистрировал другие частицы, в частности ионы Н+, которые находятся в составе ионизированного потока, идущего из верхних слоев атмосферы Сатурна. Измерив его, исследователи пришли к выводу, что и сам Сатурн выбрасывает не меньше общей массы частиц в магнитосферу, чем Энцелад.
Предполагается, что локально отток ионов из атмосферы планеты происходит из зон, ограниченных полярным сиянием.
(0)
