Уникальное образование в Солнечной системе представляет собой магнитосфера Юпитера. Во многих чертах она аналогична земной, увеличенной примерно в 100 раз, так что при наблюдении с Земли ее угловой поперечник достигает 2°. Физические свойства пространства внутри магнитосферы определяются собственным магнитным полем планеты, создающим естественный барьер для непосредственного проникновения в эту область натекающей солнечной плазмы. С дневной стороны внешняя граница магнитосферы отстоит на 50—100 радиусов от Юпитера, изменяясь в этих пределах в зависимости от флуктуации потока солнечного ветра, а с ночной стороны образуется магнитный шлейф, который простирается на расстояние, превышающее 5 а.е., за орбиту Сатурна. Внутри юпитерианской магнитосферы лежат орбиты галилеевых спутников и Амальтеи. Заряжённые частицы, захваченные магнитным полем и образующие радиационный пояс, оказывают в свою очередь сильное влияние на топологию поля и конфигурацию магнитосферы. Вращаясь вместе с планетой, они образуют во внешних областях, где поле ослаблено, «магнитный диск», отклоняющийся от плоскости магнитного экватора к плоскости, перпендикулярной оси вращения.
По аналогии с Землей можно предполагать, что основным источником частиц радиационного пояса Юпитера служат протоны и электроны, поставляемые солнечным ветром и переносимые во внутренние области магнитосферы с ее границы нестационарными электрическими и магнитными полями. Потери определяются главным образом рассеянием быстрых частиц на волнах турбулентной плазмы, возбуждаемых за счет механизма циклотронной неустойчивости. Дополнительные потери, очевидно, связаны с мощным ускорением электронов в магнитосфере Юпитера. Эти электроны, обладающие энергиями от единиц до нескольких десятков миллионов электронвольт (Мэв), с характерной 10-часовой периодичностью, соответствующей периоду вращения планеты, регистрировались на удалениях вплоть до орбиты Земли. Внутри магнитосферы генерируется также хорошо известное дециметровое и декаметровое радиоизлучение Юпитера. Всплески декаметрового излучения на частоте ≈8 МГц, вероятно, связаны с плазменными нестабильностями ионосферы, либо с электрическими разрядами в атмосфере, в то время как дециметровое излучение, объясняемое синхротронным механизмом, возникает при движении захваченных релятивистских электронов с энергиями ≈10 Мэв между магнитными полюсами на расстояниях ≈1,5—6 радиусов планеты. Это излучение модулировано с частотой, соответствующей периоду об ращения Ио, что вероятно обусловлено взаимодействием с его плазменным тором, который образован ионами серы и кислорода и может сам служить источником низкочастотного радиоизлучения (с длиной волны порядка километра), зарегистрированного аппаратами «Вояджер».
С тороидальным облаком плазмы, вращающимся вместе с магнитным полем Юпитера, по-видимому, связано и другое замечательное природное явление, хорошо известное у нас на Земле — полярные сияния. Они наблюдались в атмосфере Юпитера во время обоих недавних пролетов космических аппаратов на высотах 700, 1400 и 2300 км от видимой верхней границы облаков (в то время как на Земле полярные сияния в основном происходят на высотах 100—200 км). Изучение полученных результатов выявило интересную особенность: в зону полярных сияний проецируются магнитные силовые линии, проходящие через плазменный тор на орбите Ио. В результате образуются токовые трубки, присоединенные с двух сторон к Юпитеру в его приполярных областях. Предполагают, что потоки электронов и ионов, вторгающихся в атмосферу вдоль магнитных силовых линий, интенсифицируются сильными электрическими полями. Сила тока, текущего внутри токовой трубки, оценивается величиной порядка пяти миллионов ампер.
В заключение упомянем еще об одной интересной особенности, обнаруженной в магнитосфере планеты. Речь идет о Сатурне, обладающим, как уже говорилось, не очень сильным магнитным полем по сравнению с магнитным полем Юпитера. Поэтому у него значительно более «скромная» магнитосфера, а высокая степень однородности магнитного поля находит свое проявление в особой симметрии популяции заряженных частиц в ее внутренней зоне, на расстоянии приблизительно десяти радиусов планеты. Особенность, о которой мы упомянули, связана с кольцами Сатурна, располагающимися внутри этой зоны. Оказалось, что, как и предсказывалось, заряженные частицы в пределах системы колец полностью выметены. Это явление получило название «гильотинного эффекта», в результате которого образовалась наиболее свободная от радиации область в Солнечной системе. Выметание частиц происходит в результате их поглощения материалом кольца, который они встречают при колебательном движении между полушариями вдоль магнитных силовых линий. Этот эффект привел в свою очередь к предположению о существовании ранее неизвестного самого внешнего кольца G, расположенного на расстоянии между 10 и 15 R.
Метки: Солнечная система, Сатурн, Магнитосфера Юпитера, ионосфера юпитера, турбулентная плазма, циклотронная неустойчивость