Магнітосфера

Магнітосфе́ра (від магніт і сфера) — ділянка навколоземного чи навколопланетного простору, фізичні властивості якої визначаються магнітним полем планети та його взаємодією з потоками заряджених частинок.

Історична довідка

Термін упровадив фізик Т. Голд (1920–2004; США) у 1959 для позначення області космічного простору, контрольованої магнітним полем планети. Перші наукові уявлення про земний магнетизм сформував лікар і натурфілософ В. Гільберт (1544–1603; Велика Британія), який у праці «Про магніт, магнітні тіла і про великий магніт — Землю» (лат. De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure, 1600) довів, що Земля поводиться як великий магніт. Подальший розвиток науки про магнітне поле Землі пов'язаний з роботами Й. К. Ф. Гаусса (створив математичну теорію земного магнітного поля 1838–1839), М. Фарадея (увів поняття силових ліній магнітного поля), Дж. К. Максвелла (сформулював теорію електромагнітного поля), К. Біркеланда (1867–1917; Норвегія) — пояснив природу полярних сяйв взаємодією заряджених частинок Сонця із земним магнітним полем, С. Чепмена та В. Ферраро (1907–1954; Італія), які в 1930-х створили першу фізичну модель взаємодії сонячного вітру із магнітним полем Землі (модель Чепмена–Ферраро).

Початок космічної ери став переломним етапом досліджень магнітосфери. Після запуску першого штучного супутника Землі (1957) було виконано прямі вимірювання в космічному просторі. 1958 фізик Дж. Ван Аллен (1914–2006; США) відкрив внутрішній і зовнішній радіаційні пояси Землі (пояси Ван Аллена). У 1961 фізик Ю. Паркер (1927–2022; США) розробив теорію сонячного вітру, яка пояснила механізм формування магнітосфери. Істотний внесок у дослідження магнітосфери зробили космічні місії Explorer, IMP, ISEE, Cluster, THEMIS, MMS, Geotail, а також численні супутники серії GOES.

В Україні дослідження магнітосфери Землі розвиваються в межах космічної геофізики, геомагнетизму, фізики йоносфери та системи «Сонце — Земля». Підґрунтя цих досліджень заклали праці засновника української геофізичної школи С. Субботіна та дослідниці геомагнітного поля Землі й магнітної будови Українського кристалічного щита З. Крутиховської (1916–1986; тепер Україна). Значний внесок у розвиток космічної геофізики зробили Я. Яцків, який сприяв розвитку космічних досліджень і міжнародного співробітництва, та Л. Чорногор (нар. 1950; Україна), чиї праці присвячені фізиці геокосмічних бур, космічній погоді та взаємодії системи «Сонце – Земля». Дослідження магнітосфери виконують Головна астрономічна обсерваторія НАН України, Інститут геофізики імені С. І. Субботіна НАН України, Інститут космічних досліджень НАН України та ДКА України та інші наукові установи.

Характеристика

Магнітосфера виникає внаслідок взаємодії геомагнітного поля з потоком заряджених частинок Сонця — сонячним вітром. Із сонячного боку вона стискається тиском сонячного вітру до відстані приблизно 10 земних радіусів (10 Rₑ ≈ 64 тис. км), у протилежному напрямку формує магнітний хвіст, що простягається на сотні й навіть понад тисячу земних радіусів.

До основних структур магнітосфери належать:

• ударна хвиля — область різкого гальмування надзвукового сонячного вітру перед його взаємодією з магнітним полем Землі;
• магнітопауза — зовнішня межа магнітосфери, яка відокремлює земне магнітне поле від міжпланетного магнітного поля та плазми сонячного вітру;
• магнітооболонка — шар турбулентної плазми між ударною хвилею і магнітопаузою, де сонячний вітер сповільнюється, нагрівається та змінює напрямок руху;
• плазмосфера — внутрішня область магнітосфери, заповнена відносно холодною та щільною плазмою йоносферного походження, що обертається разом із Землею;
• радіаційні пояси Землі — зони накопичення високоенергетичних електронів і протонів, утримуваних магнітним полем Землі.

Магнітне поле Землі в першому наближенні має дипольний характер, однак на великих відстанях його конфігурація суттєво деформується сонячним вітром. У магнітосфері відбуваються процеси магнітного перез'єднання (реконекції), прискорення заряджених частинок, генерації плазмових хвиль, розвитку магнітних бур та суббур.

Захисна функція

Основною функцією магнітосфери є екранування Землі від високоенергетичних потоків сонячного вітру та космічних променів. Магнітосфера відхиляє більшу частину заряджених частинок Сонця, запобігає інтенсивній ерозії атмосфери сонячним вітром, знижує рівень космічної радіації біля поверхні Землі, створює умови для існування сучасної біосфери, локалізує заряджені частинки у радіаційних поясах.

Під час потужних сонячних спалахів і корональних викидів маси виникають геомагнітні бурі, які можуть спричиняти порушення роботи супутників, систем зв'язку, навігації, електричних мереж та інших технічних систем. Взаємодія заряджених частинок із верхньою атмосферою породжує полярні сяйва.

Магнітосфери інших планет

Магнітосфери властиві лише тим планетам, які мають власне достатньо потужне внутрішнє магнітне поле. Найпотужнішу магнітосферу серед планет Сонячної системи має Юпітер, магнітне поле якого приблизно у 20 тис. разів сильніше за земне. Сильні магнітосфери мають також Сатурн, Уран, Нептун, Меркурій (істотно меншу за магнітосфери інших планет).

Марс не має глобального магнітного поля; збереглися лише локальні магнітні аномалії давньої кори. Відсутність потужної магнітосфери сприяла втраті значної частини його атмосфери під дією сонячного вітру.

Венера також практично не має власного глобального магнітного поля. Навколо неї формується індукована магнітосфера, що виникає внаслідок взаємодії сонячного вітру з йоносферою планети.

Дослідження магнітосфер інших планет дає змогу краще зрозуміти еволюцію планетних надр, механізми генерації магнітних полів, процеси втрати атмосфери та потенційну придатність планет до існування життя.

Література

1. Kivelson M. G., Russell C. T. Introduction to Space Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 1995. 568 p.
2. Baumjohann W., Treumann R. A. Basic Space Plasma Physics. London: Imperial College Press, 1997. 496 p.
3. Gombosi T. I. Physics of the Space Environment. Cambridge: Cambridge University Press, 1998. 370 p.
4. Балан Г. К. та ін. Основи геофізики. Одеса : Екологія, 2006. 96 с.
5. Черногор Л. Ф., Домнін І. Ф. Физика геокосмических бурь. Харків : Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 2014. 408 с.
6. Захожай В. А. Вступ до астрофізики та космогонії . Харків : Харківський національ¬ний університет імені В. Н. Каразіна, 2017. 207 с.
7. Азаренков М. О., Булавін Л. А., Олефір В. П. Електрика та магнетизм. Харків : Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, 2018. 563 с.

Автор ВУЕ

В. С. Білецький

Покликання на цю статтю: Білецький В. С. Магнітосфера // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Магнітосфера (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 11.08.2026