Přepojení magnetických silokřivek

Petr Kulhánek, 6. června 2005

Pokud se v poslední době hovoří o fyzice plazmatu, většinou diskuze sklouzne k přepojení magnetických silokřivekRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru.. Jde o jev, s jehož pomocí se daří vysvětlovat řadu dosud nepochopených dějů v plazmatu. Mezi ně patří například jevy v atmosférách magnetarů, náhlá vzplanutí v chromosféře Slunce, jevy na hranici magnetosféry Země a meziplanetárního prostoru, stejně tak jako jevy v laboratorním plazmatu. K přepojení magnetických silokřivek dochází na všech nám dostupných škálách.

Pro tento jev není zatím ustálený český název. Nejčastěji hovoříme o přepojení magnetických silokřivek, o rekonekci (původní anglický termín je reconnection) nebo o magnetickém zkratu. Každý z nás zhruba ví, co je elektrický zkrat. Elektrický proud si najde kratší, výhodnější cestu. Obdobně může dojít k tomu, že magnetické silokřivky prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazmaPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách.. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG oboru. V každém případě však změna topologie magnetických silokřivek znamená zásadní změnu v chování plazmatuPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. v daném místě.

Plazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách.

Plazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole.

CME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME).

Magnetosféra – oblast magnetického vlivu naší Země. Dipólové magnetické pole je vytvářeno v jádru Země elektrickými proudy o řádové hodnotě 109 A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféra je přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru.

Magnetar – neutronová hvězda s mimořádně silným magnetickým polem až 1012 T. Kůra je již nestabilní, praská, dochází k pravidelným magnetotřesením doprovázeným přepojením magnetických silokřivek a záblesky v měkkém gama oboru. První magnetar spolehlivě detekovala v roce 1998 Chryssa Kouveliotou z Marshallova kosmického letového centra v NASA. Výjiměčně mohou opakující se záblesky přejít v jeden mohutný, neopakovatelný záblesk.

Přepojení silokřivek

Rekonekce

Pokud má plazmaPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. konečnou vodivost, může dojít k transformaci mezi magnetickou, tepelnou a kinetickou složkou energie. Přispívají k tomu proudy tekoucí v plazmatu a následný ohmický ohřev. Představme si, že v plazmatu se k sobě přiblíží dvě oblasti magnetického pole s opačně orientovanými silokřivkami. V této oblasti vzniká tzv. difúzní region. Ten je charakteristický velmi nízkou hodnotou magnetického pole. Právě zde dojde ke změně topologie magnetických silokřivek, jejich přepojení do nové konfigurace s nižší energií. Při přepojení tečou v difúzním regionu velké elektrické proudy, které zahřívají plazma. Energie magnetického pole je transformována do tepelné energie plazmatu. Horké plazma nadbytečnou energii intenzivně vyzařuje do okolí. Makroskopický pohyb plazmatu je při přepojení také ovlivněn. Před přepojením se plazmaPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. pohybuje kolmo na silokřivky směrem do difúzního regionu (červené šipky na obrázku). Po přepojení je plazma vytlačováno ve směru původní orientace magnetických silokřivek. Podle tvaru magnetických silokřivek se střed difúzního regionu, ve kterém je nulové pole, někdy nazývá neutrální bod typu X. V třírozměrné situaci tvoří hodnoty nulového magnetického pole celou křivku. V některých situacích způsobí nestability opakované přepojení magnetických silokřivek s periodicky se opakujícími body nulového pole tvaru X a O.

Nulové body magnetického pole

Po přepojení magnetických silokřivek vznikají plazmoidyPlazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole. a výtrysky – oblasti plazmatu, které odnášejí část energie magnetického pole transformovanou do energie kinetické a tepelné.

Výrony koronální hmoty (CME) na Slunci

K nejznámějším jevům souvisícím s přepojením magnetických silokřivek patří výrony koronální hmoty (CME, Coronal Mass EjectionCME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME).) na SlunciSlunce – nám nejbližší hvězda, ve vesmíru vcelku běžná hvězda tzv. hlavní posloupnosti. Je od naší Země 150 milionů km daleko, její průměr činí 1 400 000 km. Teplota na povrchu dosahuje 5 780 K, v centru 15 milionů K. Září výkonem 4×1026 W. Spálí při tom 700 milionů tun vodíku každou sekundu.. V blízkosti povrchu se nacházejí silná lokální pole (například v okolí slunečních skvrnSluneční skvrna – oblast na slunečním povrchu s intenzivní magnetickou aktivitou, díky které má nižší teplotu než okolí (méně než 5000 K). Jsou to viditelné projevy trubic magnetických toků v konvektivní zóně. Ačkoli jsou ve skutečnosti velmi jasné, v porovnání s okolím se jeví jako tmavé. V UV oboru jsou ale naopak světlejší než okolí. Někdy mají i 50 tisíc km v průměru. Vyskytují se většinou ve skupinách a můžeme je dělit podle toho, ke kterému konci magnetické silokřivky patří. Poprvé byly pozorovány v roce 1611. a protuberancí). Nezřídka se stává, že u protáhlé smyčky magnetického pole se proti sobě dostanou dvě oblasti opačně orientovaných polí. V takovém okamžiku může dojít k přepojení silokřivekRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru. a transformaci uvolněné energie do tepelné energie. Vznikne horký oblak hmoty zářící většinou v RTG oboru. Oblak se může oddělit od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, ve vesmíru vcelku běžná hvězda tzv. hlavní posloupnosti. Je od naší Země 150 milionů km daleko, její průměr činí 1 400 000 km. Teplota na povrchu dosahuje 5 780 K, v centru 15 milionů K. Září výkonem 4×1026 W. Spálí při tom 700 milionů tun vodíku každou sekundu. a v podobě plazmoiduPlazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole. s vmrznutým magnetickým polem putovat sluneční soustavou. Střetne-li se s některou planetou, obtéká rázovou vlnu a polárními kaspyPolární kasp – trychtýřovitá oblast v blízkosti magnetických pólů planety, kterou pronikají jako obrovským vírem nabité částice do atmosféry. Název pochází z anglického „cusp“ (roh, cíp). proniká do magnetosféry planety. Způsobuje polární záře, magnetické bouře a další doprovodné jevy. V roce 2000 dokonce jeden z plazmoidůPlazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole. vyvržených ze SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, ve vesmíru vcelku běžná hvězda tzv. hlavní posloupnosti. Je od naší Země 150 milionů km daleko, její průměr činí 1 400 000 km. Teplota na povrchu dosahuje 5 780 K, v centru 15 milionů K. Září výkonem 4×1026 W. Spálí při tom 700 milionů tun vodíku každou sekundu. proletěl magnetosférami ZeměZemě – je největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 0,4 TPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru., JupiteruJupiter – největší a nejhmotnější planeta sluneční soustavy má plynokapalný charakter a chemické složení podobné Slunci. Se svými mnoha měsíci se Jupiter podobá jakési „sluneční soustavě“ v malém. Jupiter má, stejně jako všechny obří planety, soustavu prstenců. Rychlá rotace Jupiteru (s periodou 10 hodin) způsobuje vydouvání rovníkových vrstev a vznik pestře zbarvených pásů. Charakteristickým útvarem Jupiterovy atmosféry je Velká rudá skvrna, která je pozorována po několik století. Atmosféra obsahuje kromě vodíku a helia také metan, amoniak a vodní páry. Teplota pod oblaky směrem ke středu roste. Na vrcholcích mraků je −160 °C, o 60 km hlouběji je přibližně stejná teplota jako na Zemi. Proudy tekoucí v nitru (v kovovém vodíku) vytvářejí kolem Jupiteru silné dipólové magnetické pole.SaturnuSaturn – druhá největší planeta sluneční soustavy. Je charakteristická dobře viditelným prstencem. Saturn je od Slunce desetkrát dále než Země a proto je jeho teplota velmi nízká (−150 °C). Průměrná hustota planety 0,7 g·cm−3 je nejnižší z celé sluneční soustavy, dokonce nižší než hustota vody. Saturn patří k obřím planetám. Oběhne Slunce za 30 let, kolem vlastní osy se otočí za pouhých 10 hodin. Rychlá rotace způsobuje vznik pásů. V atmosféře jsou pozorovány velké žluté či bílé skvrny. Atmosféra je tvořena převážně vodíkem a heliem, s oblaky čpavku. V nitru je snad malé jádro z křemičitanů obklopené kovovým vodíkem. Vítr v atmosféře dosahuje rychlosti až 1 800 km/h. Magnetické pole má dipólový charakter s osou téměř rovnoběžnou s rotační osou. (AB 1/2005).

Lokální pole na Slunci

Lokální tvary silokřivek magnetického pole. Počítačové zpracování podle dat ze SOHOSOHO – SOlar and Heliospheric Observatory, sonda vypuštěná NASA v roce 1995 se zaměřením na pozorování a výzkum slunečního povrchu, atmosféry, koróny a slunečního větru. Dodnes je plně funkční a poskytuje cenná data..

CME

Magnetické silokřivky v okolí Slunce. Vpravo dole CMECME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME)..

Sledování výronů koronální hmoty je velmi důležité. Vyvrhnutý plazmoidPlazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole. (pokud letí směrem k Zemi) může vyvolat magnetické bouře a vznik napětí, které je schopné poškodit rozvodné sítě elektrického proudu. CMECME – Coronal Mass Ejection, výron sluneční hmoty (s vmrznutým magnetickým polem) do meziplanetárního prostoru. K výronům CME dochází pravidelně, jejich četnost odpovídá sluneční aktivitě – v minimu dochází k CME přibližně jednou za den, v maximu dochází k CME až třikrát denně. Rychlé výrony CME se mohou dostat až do vzdálenějších oblastí Sluneční soustavy, takové putující plazmoidy se nazývají ICME (Interplanetary CME). dělíme podle měřené intenzity doprovodného RTG vzplanutí (X Ray Flare) na B, C, M a X.

klasifikace RTG vzplanutí tok energie popis
B < 10−6 W/m2 nevýrazný RTG pík
C 10−6÷10−5 W/m2 malé vzplanutí
M 10−5÷10−4 W/m2 střední vzplanutí
X >10−4 W/m2 nejintenzivnější vzplanutí

Magnetary

MagnetaryMagnetar – neutronová hvězda s mimořádně silným magnetickým polem až 1012 T. Kůra je již nestabilní, praská, dochází k pravidelným magnetotřesením doprovázeným přepojením magnetických silokřivek a záblesky v měkkém gama oboru. První magnetar spolehlivě detekovala v roce 1998 Chryssa Kouveliotou z Marshallova kosmického letového centra v NASA. Výjiměčně mohou opakující se záblesky přejít v jeden mohutný, neopakovatelný záblesk. jsou neutronové hvězdyNeutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než cca 3 MS (Landauova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 1011 kg m−3 dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje „vtlačení“ elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století. s extrémně silným magnetickým polem, které dosahuje hodnot až 1011 T. Jde o objekty s nejsilnějším známým polem ve vesmíru vůbec. Povrch magnetaru tvoří kůra z neutronů a magnetického pole, ve které dochází k opakovaným magnetotřesením. Magnetotřesením narušené a zprohýbané silokřivky magnetického pole se zpřetrhají a znovu spojí do energeticky výhodnější konfigurace. Při tom se uvolní značné množství energie, které zahřeje magnetickou korónu magnetaru. Vznikne horký oblak elektron pozitronových párů a fotonů (horká nehadronová hmota, ohnivá koule neboli fireball). Elektrony a pozitrony jsou zachyceny a drženy silným magnetickým polem, fotony unikají v podobě vzplanutí RTG nebo měkkého gama záření. Tyto nepravidelné RTG hvězdy nazýváme AXPAXP – Anomalous X-Ray Pulsar, nepravidelné zábleskové zdroje v RTG oboru, jejichž původcem jsou magnetary. a v případě gama vzplanutí SGRSGR – Soft Gama Repeater, zábleskové zdroje v měkkém gama oboru, jejichž původcem jsou magnetary. První SGR byl objeven v roce 1979, k identifikaci s magnetary došlo v roce 1998.. Celkově je takových zdrojů známo v naší Galaxii přes deset. Vzplanutí se objevují v nepravidelných intervalech, hovoříme o tzv. aktivní fázi magnetaruMagnetar – neutronová hvězda s mimořádně silným magnetickým polem až 1012 T. Kůra je již nestabilní, praská, dochází k pravidelným magnetotřesením doprovázeným přepojením magnetických silokřivek a záblesky v měkkém gama oboru. První magnetar spolehlivě detekovala v roce 1998 Chryssa Kouveliotou z Marshallova kosmického letového centra v NASA. Výjiměčně mohou opakující se záblesky přejít v jeden mohutný, neopakovatelný záblesk.. Někdy dojde ke katastrofické rekonekciRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru. magnetických silokřivek a k gigantickému záblesku, který je tisíckrát energetičtější než běžně se opakující vzplanutí. Zatím byly pozorovány tři takové případy (1979, 1998, 2004), v posledním byla uvolněná energie doposud nejvyšší, a to 1039 J.

Vznik MHD dynama Magnetar při vzplanutí SGR 1900+14 v R oboru

Nalevo: vznikající magnetarMagnetar – neutronová hvězda s mimořádně silným magnetickým polem až 1012 T. Kůra je již nestabilní, praská, dochází k pravidelným magnetotřesením doprovázeným přepojením magnetických silokřivek a záblesky v měkkém gama oboru. První magnetar spolehlivě detekovala v roce 1998 Chryssa Kouveliotou z Marshallova kosmického letového centra v NASA. Výjiměčně mohou opakující se záblesky přejít v jeden mohutný, neopakovatelný záblesk.. Teplo je odváděno konvekcí směrem k povrchu neutronové hvězdyNeutronová hvězda – těleso tvořené degenerovaným neutronovým plynem o hmotnosti menší než cca 3 MS (Landauova-Oppenheimerova-Volkoffova mez). Typický průměr neutronové hvězdy je v řádu desítek kilometrů, průměrná hustota 1011 kg m−3 dosahuje hodnot hustoty atomového jádra. Neutronové hvězdy vznikají při gravitačním kolapsu velmi hmotných červených veleobrů, při výbuchu supernovy typu II. Obrovský tlak způsobuje „vtlačení“ elektronů do protonů za vzniku neutronů a neutrin. Neutronové hvězdy byly teoreticky předpovězeny ve 30. letech 20. století.. Pokud je při zrodu magnetaru jeho rotace vyšší než 200 otáček za sekundu, vytvoří se kombinací rotace a konvekce MHD dynamoMHD dynamo – magnetohydrodynamické dynamo, tekutinová varianta klasického dynama. Elektrické proudy vznikají při pohybu plazmatu nebo tekutého kovu a generují magnetické pole., které způsobí vznik silného magnetického pole.

Uprostřed: MagnetarMagnetar – neutronová hvězda s mimořádně silným magnetickým polem až 1012 T. Kůra je již nestabilní, praská, dochází k pravidelným magnetotřesením doprovázeným přepojením magnetických silokřivek a záblesky v měkkém gama oboru. První magnetar spolehlivě detekovala v roce 1998 Chryssa Kouveliotou z Marshallova kosmického letového centra v NASA. Výjiměčně mohou opakující se záblesky přejít v jeden mohutný, neopakovatelný záblesk., u kterého došlo k přepojení (rekonekciRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru.) magnetických silokřivek a RTG či gama vzplanutí. Takováto vzplanutí se často opakují.

Napravo: gigantický záblesk SGR 1900+14 ze dne 27. 8. 1998. Záblesk proběhl ve všech oborech spektra. Tato animace je v radiovém oboru z observatoře NRAO.

gigantická vzplanutí datum uvolněná energie
SGR 0525-66 5. 3. 1979 6×1037 J
SGR 1900+14 27. 8. 1998 2×1037 J
SGR 1806-20 27. 12. 2004 2×1039 J

Magnetosféra Země

přepojení magnetických silokřivekRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru. dochází často v magnetosféře ZeměZemě – je největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 0,4 TPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Na denní straně (směrem ke Slunci) dochází ke styku magnetických silokřivek meziplanetárního magnetického pole a vlastního pole ZeměZemě – je největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 0,4 TPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Pokud jsou směry silokřivek opačné a od SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, ve vesmíru vcelku běžná hvězda tzv. hlavní posloupnosti. Je od naší Země 150 milionů km daleko, její průměr činí 1 400 000 km. Teplota na povrchu dosahuje 5 780 K, v centru 15 milionů K. Září výkonem 4×1026 W. Spálí při tom 700 milionů tun vodíku každou sekundu. k nám proudí zvýšený tok slunečního plazmatuPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách., může dojít k přepojení mezi oběma typy silokřivek. Nabité částice pak podél vzniklé otevřené silokřivky vnikají do horních vrstev atmosféry, kde mohou vytvořit polární záře. Vtékající plazma naruší magnetosféru, dojde k magnetickým bouřím. PlazmaPlazma – kvazineutrální soubor nabitých a neutrálních částic, který vykazuje kolektivní chování. Lidsky to znamená, že se v dané látce nachází alespoň malé množství elektricky nabitých částic, které jsou v celém objemu elektricky neutrální a jsou schopny reagovat na elektrická a magnetická pole jako celek. Plazma vzniká odtržením elektronů z elektrického obalu atomárního plynu nebo ionizací molekul. S plazmatem se můžeme setkat v elektrických výbojích (blesky, zářivky), v polárních zářích, ve hvězdách, ve slunečním větru a v mlhovinách. se dostává do plazmového ohonu na noční stranu, kde způsobí další přepojení magnetických silokřivekRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru. a vznik plazmoiduPlazmoid – kompaktní plazmový útvar, někdy nazývaný plazmový oblak, zhustek, shluk, cluster. Plazmoid s sebou může unášet tzv. vmrznuté magnetické pole. s vmrznutým polem. K přepojení magnetických silokřivekRekonekce – přepojení magnetických silokřivek, při kterém prudce změní svou dosavadní topologii do jiné, energeticky výhodnější podoby. Při tom dojde k uvolnění energie, která zahřeje okolní plazma. Někdy natolik, že plazma zazáří i v RTG nebo v gama oboru. může dojít i tehdy, je-li směr meziplanetárního pole shodný se směrem silokřivek na denní straně. K přepojení silokřivek pak dochází na bocích magnetosféry, nikoli přímo v oblasti místního poledne. Energie vzniklá při přepojení se transformuje do nízkofrekvenčních oscilací elektronů známých jako hvizdyHvizdy – nízkofrekvenční elektromagnetické vlny (300 Hz až 30 kHz) šířící se podél magnetických silokřivek. Charakteristické je krátkodobé trvání s postupně klesající frekvencí vlny. Jde o modifikaci R vln. Poprvé byly pozorovány v kanálech blesků na Zemi Barkhausenem v roce 1919. .

O možnosti přepojení magnetických silokřivek poprvé uvažoval James Dungey v roce 1961. Přepojení bylo přímo pozorováno družicí POLAR až v roce 2000. Měření byla doplněna o pozorování podmínek v plazmovém ohonu z družice Geotail.

Přepojení v magnetosféře

Přepojení magnetických silokřivek je důležitým jevem, který se v přírodě uplatňuje častěji, než jsme si dosud mysleli. Pozorujeme ho jak v kosmickém, tak v laboratorním plazmatu a v posledních letech se magnetické přepojení dostalo oprávněně do popředí zájmu astronomů i plazmových fyziků.

Bonus: Animace „Přepojení silokřivek magnetosféry Země“

Rekonekce

Přepojení silokřivek Země. Na animaci je znázorněno přepojení na denní straně, které vede na vytvoření otevřených silokřivek. V magnetosféře vzniká jakási trhlina, kterou mohou částice slunečního větru proudit do horních vrstev atmosféry. Zde způsobují známé polární záře. Silokřivky zůstávají otevřené po dobu několika hodin. Trhliny zemské magnetosféry jsou sledovány družicemi IMAGE a CLUSTER. Zdroj: NASA GSFC.

Odkazy

Space Physics: A Beginner's Guide to the Earth's Magnetosphere

X. H. Deng, H. Matsumoto: Rapid magnetic reconnection in the Earth's magnetosphere mediated by whistler waves; Nature 410 (2001) 557-60

J. L. Green: Magnetosphere; NASA lectures

THUNDERBOLTS PICTURE OF THE DAY: Magnetars–A Computer's Dream World; 2005

THUNDERBOLTS PICTURE OF THE DAY: Reconnection; 2004

M. Lyutikov: Explosive reconnection in magnetars; Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 436 (2003) 540-554

Ivan Havlíček: Průlet plazmoidu ze Slunce sluneční soustavou, Aldebaran Bulletin 1/2005

Petr Kulhánek: Gigantická exploze SGR 1806-20 aneb může být Země ohrožena?; Aldebaran Bulletin 21/2005