Геомагнитная ловушка

ГЕОМАГНИТНАЯ ЛОВУШКА, ловушка для заряженных частиц, образуемая магнитным полем Земли. Возможность захвата заряженных частиц геомагнитным полем предсказали норвежский учёный К. Стёрмер (1913) и Х. Альвен (1950). Эксперименты на ИСЗ подтвердили реальное существование геомагнитной ловушки и показали, что она заполнена частицами высоких энергий (от нескольких кэВ до сотен МэВ), образующими радиационные пояса Земли.

Силовые линии магнитного поля Земли, близкого к полю диполя, образуют магнитную ловушку для попавших на них заряженных частиц. Захваченные в геомагнитную ловушку частицы совершают колебательное движение из одного полушария в другое, двигаясь вдоль силовых линий, одновременно вращаясь вокруг них (смотри Лармора прецессия) и дрейфуя по долготе из-за неоднородности геомагнитного поля (рис.). Время колебаний частиц из Северного полушария в Южное и обратно составляет от 10_-3 до 10_-1 с. За время своей жизни в захваченном состоянии (от 1 суток до 30 лет) частицы совершают миллионы колебаний. По долготе протоны и электроны дрейфуют в разные стороны со значительно меньшей скоростью. В зависимости от энергии частицы совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минут до суток.

В процессе движения частиц вдоль магнитных силовых линий выполняется соотношение sinα/Н = const (α - угол между вектором скорости частицы и направлением напряжённости Н магнитного поля). Вследствие этого, когда частица попадает в область с возрастающей напряжённостью поля, поперечная составляющая скорости увеличивается, а продольная уменьшается до тех пор, пока частица не отразится от так называемого магнитного зеркала и не начнёт двигаться к сопряжённой зеркальной точке геомагнитной ловушки.

Из захваченного состояния частицы выходят из-за неустойчивости их движения при различных вариациях геомагнитного поля (магнитных бурь и других возмущений) и из-за ионизационных потерь энергии. Пополнение частиц радиационных поясов происходит за счёт захвата продуктов распада нейтронов (электронов, протонов), образованных космическими лучами в верхней атмосфере Земли, захвата частиц солнечных космических лучей, а также частиц земной ионосферы с последующим их ускорением при различных возмущениях магнитного поля.

Лит.: Тверской Б. А. Динамика радиационных поясов Земли. М., 1968; Арцимович Л. А. Элементарная физика плазмы. 3-е изд. М., 1969; Хесс В. Радиационный пояс и магнитосфера. М., 1972.