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地球磁層簡介 |
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磁層與太陽風的邊界 |
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一般說來,在磁層與太陽風接壤處,內側磁層電漿,密度低、溫度也低。外側太陽風電漿,密度高、溫度也高。因此,形成了一個明顯的邊界,也就是磁層頂 (magnetopause)。 |
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磁層的外觀結構 |
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當太陽風吹向地球時,地球原有的磁偶極場在向陽面會被壓的扁一點,而背陽面之地球磁場的磁場線,則被拖拉成尾巴狀。整個地球磁場所佔據的勢力範圍,就是磁層 (magnetosphere)。磁層中的背陽處尾巴狀的結構,就叫做磁尾 (magnetotail)。 |
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艏震波,磁鞘 |
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地球的磁層頂前方,有一個艏震波 (Bow Shock)。艏震波與磁層頂之間的亂流區域,我們稱它為磁鞘 (Magnetosheath),艏震波與磁鞘都是屬於太陽風的勢力範圍。但是由於它們緊接著日側磁層頂,因此也是磁層物理學家,感興趣的研究範圍。艏震波與磁鞘中,有許多大振幅的波動,是一個很理想的、天然的電漿物理實驗室。 |
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極尖區 |
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磁層頂好像磁層的皮膚,位在最外圍,阻擋太陽風進入我們的磁層。可是就好像人有七竅與外界相通,磁層頂上,還是有幾個開口,使得太陽風電漿可以進入地球磁層。最明顯的,就是兩個耳朵般的開口,也就是極尖區 (polar cusp)。極尖區位於南北磁極區,呈喇叭狀,極尖區的磁場線與太陽風中的行星際磁場線相接。相接處,磁場強度可為零。太陽風中的電漿可沿著磁場線直接進入極尖區。 |
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磁層內邊界層 |
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磁層頂好像磁層的表皮,表皮下面還有真皮,再下去才是肌肉與內臟。真皮組織好像表皮的內邊界層。地球磁層的內邊界層,有兩種。一種叫做低緯邊界層 (low-latitude boundary layer, LLBL),另一種叫高緯邊界層 (high-latitude boundary layer,HLBL)或電漿篷 (plasma mantle)。 |
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低緯邊界層 |
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低緯邊界層的磁場線連接到磁緯度約75度到85度之間的電離層。由於這個區域的緯度比起高緯邊界層所連接的電離層的緯度來的低,故稱做低緯邊界層。低緯邊界層的範圍包括了:日側磁層頂內側,以及磁尾磁層頂內側靠近赤道面的區域。 |
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高緯邊界層 |
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高緯邊界層的磁場線連接到磁緯度約85度到90度之間的電離層。由於這個區域的緯度比起低緯邊界層所連接的電離層的緯度來的高,故稱做高緯邊界層 (或稱電漿篷),位置於夜側磁尾磁層頂南北區域的內側。 |
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電漿片、磁尾腔 |
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磁層頂的另一個永久的開口,是位在磁尾的最遠端。太陽風電漿可以由磁尾的最遠端開口,進入地球磁層,形成電漿片(Plasma sheet)。南北磁尾腔 (Magnetotail Lobe)是位於電漿片與南北電漿篷之間的空腔區,電漿片與南北磁尾腔都位在磁尾區,但是兩者的電漿密度與磁場強度都相差懸殊。 |
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電漿片邊界層 |
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電漿片邊界層 (plasma sheet boundary layer,PSBL)位於電漿片(高電漿密度區)與南北磁尾腔(低電漿密度區)的交界面。造成極光的電漿流,可能就是沿著這個交界面進入高緯地區(約介於緯度65度到75度之間,巨大磁暴發生時,對應的緯度,可以更低)。 |
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電漿球層、環形電流、范愛倫輻射帶 |
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電漿球層 (plasmasphere) 是離地球最近的一圈內磁層。這個區域的磁場很強,電漿濃度也很高。是最早被太空科學家研究的一個區域。這個區域有兩個重要的物理現象:一個是范愛倫輻射帶 (Van Allen Radiation Belts),一個是環形電流 (ring current)。范愛倫輻射帶的形成,顯示此區的強磁場為我們地球上生物抓住了許多有害的高能粒子輻射。 環形電流是位於中低緯上方磁層中的一個自東向西的環形電流迴路環形電流強度的突然增強,或位置的突然內移,均可造成中低緯地面觀測到的磁場強度突然減弱的現象,而造成磁暴,對我們的民生科技,影響很大。 |
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