27.2.4. СПОСОБСТВУЮТ ИЛИ ПРОТИВОДЕЙСТВУЮТ СЖАТИЮ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ?

Если магнитное поле бессиловое, то оно и не способствует, и не противодействует сжатию. В этом случае электрические токи, создающие поле, должны течь параллельно магнитному полю. В случае цилиндрической геометрии силовые линии магнитного поля, так же как и линии тока, являются спиралями такого типа, как изображено на рис. 27.2.1, б. Если угол между линиями тока и магнитными силовыми линиями изменяется от нуля в бессиловом случае до некоторого конечного значения так, что витки тока на рис. 27.2.2) уплотняются, то электромагнитное давление действует наружу в радиальном направлении, препятствуя сжатию. Если, с другой стороны, витки тока на рис. 27.2.2) становятся более разреженными, электромагнитные силы стремятся сжать плазму.

Следовательно, в вопросе о том, будет ли цилиндрически-симметричное магнитное поле сжимать плазму или способствовать ее расширению, решающей является связь между конфигурацией магнитных силовых линий и линий тока (т. е. будут ли витки магнитных силовых линий уплотнены сильнее, чем витки тока).

В магнитосфере Земли наблюдаются и параллельные, и перпендикулярные токи. Авроральная токовая система состоит из токов, направленных вдоль магнитного поля (токи Биркеланда), которые замыкаются посредством токов, перпендикулярных магнитному полю [445, 452, 470]. Следовательно, токи перпендикулярны

Рис. 27.2.2. Конфигурация тока и магнитного поля только с продольными и тороидальными компонентами. Если витки тока уплотняются, то электромагнитная сила направлена наружу по радиусу. Если витки тока становятся более разреженными, сила направлена к центру.

магнитному полю в основном в ионосфере и в экваториальной плоскости и параллельны ему в самых верхних слоях ионосферы и в большей части магнитосферы, за исключением области вблизи экваториальной плоскости. Ток достаточно велик, чтобы изменять движение плазмы, но не настолько велик, чтобы очень сильно изменить магнитное поле на расстояниях от Земли, меньших На больших расстояниях магнитное поле по существу определяется системой токов. Это имеет место вблизи магнитопаузы и вне ее, а также в большей части хвоста магнитосферы.

В солнечной атмосфере также существуют и параллельные, и перпендикулярные токи. Токи достаточно сильны, чтобы привести к сжатию плазмы. Действительно, солнечные протуберанцы, спикулы и корональные стримеры, по-видимому, обусловлены электромагнитным сжатием [100, 443].

Большая токовая система имеется в гелиосфере. Ток течет в межпланетном пространстве главным образом в нейтральном слое экваториальной плоскости, где под его влиянием меняет направление магнитное поле [444, 445]. Согласно измерениям, сила тока составляет 3 -109 А. Рассматривавшаяся ранее «секторная структура» межпланетного поля, как оказалось, обусловлена волновым движением («эффект балерины») токового слоя [465]. Этот ток должен замыкаться токами, параллельными магнитному полю в полярных областях Солнца. Но токи в полярных областях непосредственно еще не обнаружены, поскольку до сих пор не запущен космический аппарат на сколько-нибудь высокую (гелиографическую) широту. Вероятно, корональные стримеры

и полярные лучи создаются сжатиями токовой системы. Действительно, если оцениваемое число корональных стримеров равно 30 (по порядку величины), то каждый из нихпереносит ток Если в соотношение Беннета (27.2.11) подставить температуру то найдем, что полное число электронов и ионов должно быть равно Если стример имеет площадь поперечного сечения то это значит, что плотность плазмы в нем равна вероятно, приемлемому значению.

Как отмечено в статье Альвена [445], токовая система в гелиосфере может иметь аналог в Галактике. Если взять в качестве типичного галактического магнитного поля и типичной протяженности галактического тока соответственно см, то галактический ток должен быть равен [446]. По аналогии с системой токов в гелиосфере этот ток может протекать в плоскости симметрии галактики, возможно колеблясь выше и ниже нее. Токовая система может состоять из некоторого числа более или менее обособленных областей с током.