Międzyplanetarne pole magnetyczne

Międzyplanetarne pole magnetyczne, skrótowo IMF (and. Interplanetary Magnetic Field), to komponent pola magnetycznego Słońca, który rozprzestrzenia się z korony słonecznej za pośrednictwem wiatru słonecznego.

Konekcja wiatru słonecznego do IMF

Plazma podróżująca przez przestrzeń międzyplanetarną i znajdująca się w koronie słonecznej jest silnie przewodząca elektrycznie, co powoduje, że pole magnetyczne jest silnie skorelowane z jej obecnością. Mówi się tutaj o tzw. "zamrożeniu" plazmy, zjawisku szerzej znanym jako twierdzenie Alfvéna, które sprowadza się do wniosku, że pole magnetyczne porusza się wraz z plazmą, zachowując swoje właściwości. Powoduje to także, że w koronie słonecznej tworzą się łuki magnetyczne, ponieważ ciśnienie plazmy jest tam znacznie niższe niż ciśnienie magnetyczne.

Rotacja Słońca powoduje, że linie międzyplanetarnego pola magnetycznego nie mają prostego przebiegu radialnego, lecz są odchylane w kierunku azymutalnym, tworząc charakterystyczny układ spiralny, określany mianem spirali Parkera. Geometria ta jest wynikiem kombinacji stałego wypływu wiatru słonecznego z prędkością radialną oraz rotacji Słońca z okresem około 27 dni. W rezultacie IMF przyjmuje strukturę, której lokalne właściwości (takie jak orientacja i intensywność pola) zależą zarówno od prędkości wiatru słonecznego, jak i od zmiennych warunków w koronie słonecznej.

Zmiany w prędkości i gęstości wiatru słonecznego prowadzą do lokalnych fluktuacji w strukturze i intensywności IMF. Szybsze i wolniejsze strumienie wiatru mogą tworzyć strefy interakcji, w których szybki wiatr słoneczny napotyka wolniejsze przepływy. W tych obszarach następuje kompresja plazmy i linii pola magnetycznego, co skutkuje wzrostem natężenia IMF i generowaniem zaburzeń w przestrzeni międzyplanetarnej. Fluktuacje te mają istotne znaczenie dla zjawisk geomagnetycznych, wpływając na dynamikę magnetosfer planetarnych, intensywność burz geomagnetycznych oraz propagację cząstek energetycznych w heliosferze.

Interakcje z ziemskim polem magnetycznym

Międzyplanetarne pole magnetyczne oddziałuje z ziemskim polem magnetycznym (EMF), wpływając na kształt i dynamikę magnetosfery. Sposób, w jaki IMF łączy się z magnetosferą, w dużej mierze zależy od kierunku pola magnetycznego niesionego przez wiatr słoneczny: gdy jego składowa południowa (ujemne Bz) jest obecna, zachodzi proces rekonekcji magnetycznej na magnetopauzie. Umożliwia on transfer energii i cząstek z wiatru słonecznego do wnętrza magnetosfery, co prowadzi do zaburzeń takich jak burze geomagnetyczne i wzrost aktywności zórz polarnych.

W przypadku północnej orientacji IMF (dodatnie Bz) rekonekcja jest znacznie osłabiona, a magnetosfera pozostaje bardziej stabilna. Niemniej jednak zmienność IMF, zarówno w kierunku, jak i w natężeniu, stale wpływa na przepływy plazmy i strukturę ziemskiego pola magnetycznego. Bez okresów ze składową północną nie może rozwinąć się duża zorza polarna (dobrym przykładem jest zorza z kwietnia 2025 roku).

Kluczowym mechanizmem uwalniania zgromadzonej energii są substormy, czyli krótkotrwałe, gwałtowne zaburzenia w magnetosferze. Substormy rozpoczynają się od rekonekcji linii pola magnetycznego w ogonie magnetosferycznym, po stronie nocnej Ziemi. Proces ten prowadzi do nagłego przyspieszania cząstek i ich zrzutu w kierunku planety, co skutkuje gwałtownym rozjaśnieniem i rozszerzaniem się zórz polarnych.