Начиная с конца 60-х годов, Ян Эксфорд ввел понятие под названием "Полярный ветер", чтобы описать ионосферный поток плазмы вдоль высокоширотных магнитных трубок, подавая плазму через лепестки магнитопровода к плазменному листу и вниз по течению солнечного ветра.
Предположение состояло в том, что флюсовые трубки были оттянуты назад и вытянуты в магнитопровод под действием солнечного ветра. Они будут содержать незначительное обратное давление плазмы солнечного ветра, ввиду ее сверхзвукового движения.
Бэнкс и Хольцер утверждали, что одномерная модель выровненных по полю течений с граничным условием нулевого давления на бесконечности адекватно описывала бы этот процесс.
Результат был качественно аналогичен современной теории солнечного ветра, предсказывающей устойчивый сверхзвуковой отток с преобладанием более легких ионов с протонным потоком Порядка 1012 ионов на квадратный метр.
Ожидаемый поток был быстрым ускорением в верхней ионосфере вследствие амбиполярного поля в областях, где доминировали ионы O+. Как следствие, подобные потоки будут происходить на плазмосферных трубках потока, но будут заполнять эти трубки потока до равновесного давления.
Существование полярного ветра было трудно подтвердить на больших высотах из-за низкой плотности плазмы в таких областях сверхзвукового потока и последующей тенденции космических аппаратов двигаться к положительному потенциалу, исключая потоки ионов низкой энергии.
Однако космический аппарат с источником нейтрализующей плазмы в конце концов позволил подтвердить это, и полярный ветер теперь наблюдается более регулярно.
"Auroral Wind"
В 1970-х годах авроральные процессы, встроенные в область полярного ветра за пределами плазмосферы, стали предметом исследований космической плазмы.
В частности, авроральные системы токовых листов нагревают и ускоряют заряженные частицы с помощью различных процессов. Предполагалось, что свободное ускорение электронов вниз в атмосферу с помощью магнитного поля выровненного электрического поля приводит к увеличению авроральных световых выбросов в тонких дугах.
Вскоре наблюдения показали соответствующее ускорение ионов вверх, сначала параллельно магнитному полю, а затем перпендикулярно ему с помощью приборов на космическом аппарате S3-3.
Был сделан вывод, что дискретные яркие авроральные дуги образуются в результате разряда, происходящего в пределах токовых листов Биркеланда и соединяющего солнечный ветер или движение магнитосферы с движениями ионосферы.
Установлено, что разряд является асимметричным, с более высокими энергиями частиц (и потоками ионов), образующимися в областях восходящего течения, чем в областях нисходящего течения.
Совсем недавно космический аппарат «FAST» компании «Carlson» очертил различные процессы и их пространственную зависимость от систем течений магнитосферы с более высоким временным разрешением. Выявлен также третий тип плазменного ускорения, который обусловлен поглощением энергии волн Альфвена, излучаемых в ионосферу от возмущений на большой высоте по трубкам магнитного потока.
Магнитосфера
Магнитосфера действует как намагниченная ячейка плазмы, происходящая из ионосферы, встроенной в гелиосферу и ее намагниченный солнечный ветер.
Возможно, существует вязкое взаимодействие между двумя плазменными ячейками, независимо от их магнитной связи, но оно относительно слабое по сравнению с тем, которое наблюдается при создании связанных магнитных флюсовых трубок в процессе повторного соединения.
Движения проводящих газов или жидкостей производят электрические токи, которые, в свою очередь, создают магнитные поля. Подобно тому, как поверхностное натяжение действует, ограничивая воду каплями или воздухом в пузырьках, магнитное натяжение и давление действуют, ограничивая плазмы в магнитных ячейках.
Поведение магнитных ячеек
Поведение магнитных ячеек аналогично поведению пузырьков поверхностного напряжения, но магнитное поле и его когерентное воздействие распределены по плазменной ячейке и не сконцентрированы на границах, так как поверхностное напряжение есть.
Линии магнитного поля действуют как соединительная ткань волокон, которые пронизывают всю ячейку плазмы, а не как мембрана на внешней границе.
При столкновении двух магнитных ячеек линии магнитного поля, которые изначально ограничивались соответствующими ячейками, соединяются между собой из одной ячейки в другую.
Таким образом, создаются когезионные напряжения, которые ускоряют каждую из клеток по направлению к скорости другой, стремясь к слиянию и образованию единой унифицированной плазменной ячейки со свойствами обеих слитых ячеек.
И наоборот, если какая-либо часть ячейки магнитной плазмы приобретает скорость относительно общей скорости ячейки, частью которой она является, то магнитное поле может быть недостаточно сильным для поддержания целостности исходной ячейки.
Если количество импульса, которым обладает плазма, превышает напряженность магнитного поля, магнитное поле клетки может стать настолько растянутым, что образуется отдельный кусок плазмы и поле отщепляется.
Полевые линии, соединяющие ячейку со странствующей вложенной ячейкой, затем отсоединяются таким образом, чтобы они больше не соединяли обе ячейки и были ограничены соответствующими ячейками.
Такое поведение во многом аналогично соединению и расщеплению жидкостных клеток, ограниченных поверхностным натяжением, ярким примером чего может служить известная "лавовая лампа", ставшая популярной в 1960-х годах.
Мы обсуждали дискретные клетки плазмы и их магнитные поля. Но меньшая ячейка может быть встроена в большую, а большая - протекать с большой скоростью. Такова ситуация с магнитосферой Земли, встроенной в солнечный ветер. Большая клетка затем будет стремиться поглотить меньшую клетку.
Солнечное и геомагнитное поля восстанавливают связь таким образом, что между ними образуется взаимосвязь, а создаваемые магнитные силы стремятся ускорить ионосферную плазму Земли до скорости солнечного ветра, одновременно оказывая сопротивление плазме солнечного ветра.
В авроральной зоне вокруг каждого магнитного полюса образуются электрические токи, связывающие солнечный ветер с корнями взаимосвязанных силовых линий.
Замедленный солнечный ветер и ускоренная ионосферная плазма образуют в хвосте магнитосферы странствующий плазменный элемент, который эпизодически отщепляется и выходит из основной ячейки, образуя новые ячейки смешанной плазмы под названием "плазмоиды". Они переносятся вниз по течению солнечным ветром.
Результатом является непрерывная аблация плазмы в малой клетке, которая питается плазмой из освещенной солнцем атмосферы и авроральных зон.
Значительное количество солнечного ветра замедляется и поступает в магнитосферу, при этом избыточная энергия либо нагревается, либо переносится в ионосферную плазму. Это увеличивает вклад ионосферной плазмы в клетку и скорость потерь вниз по течению.
