Оказалось еще, что наша планета все время находится в потоке плазмы, непрерывно идущем от Солнца, — в потоке солнечного ветра. Солнечный ветер — один из красивейших терминов науки. Не удивительно, что он нравится журналистам: они дружно используют его в названиях статей, очерков, телепередач и других материалов о космофизиках. Существование ветра было предсказано теоретиками. Об эпизодических потоках солнечной плазмы писали известный английский физик С. Чепмен и его сотрудник В. Ферраро в 1931–1933 годах, на постоянное присутствие ветра указали советский геофизик Е. Пономарев и американский астрофизик Е. Паркер в 1957–1958 годах.

Космические корабли выявили реальное распределение магнитного поля в околоземном пространстве. Оказалось, что, начиная с расстояний около семи земных радиусов от центра планеты, реальное магнитное поле сильно отличается от дипольного поля, создаваемого токами в глубине нашей Земли. Это говорит о существовании в ближнем космосе других токов, искажающих магнитное поле внутренних токов планеты. Это понятно: ведь ближний космос заполнен плазмой — веществом со свободными носителями электрических зарядов, в плазме могут течь токи (причем вовсе не обязательно в направлении электрического поля).

Магнитосфера (в современном понимании это область, занятая магнитным полем, силовые линии которого уходят под поверхность Земли) оказалась вовсе не "сферой". Скорее, она похожа на комету с хвостом (рис. 3). Хвост магнитосферы — это тоже термин науки. Хвост тянется очень далеко в ночную, противосолнечную, сторону Земли; он уходит на тысячи земных радиусов — это миллионы километров (для сравнения: расстояние до Луны — 384000 километров). Со стороны Солнца граница магнитосферы — магнитопауза — обычно отстоит от центра Земли на расстояние 10 земных радиусов (то есть на 65000 километров), с "боков" — до 16 радиусов (106000 километров).

Рис. 3. Сечение магнитосферы плоскостью, проходящей через магнитные полюса Земли и центр Солнца (изображены магнитные силовые линии)

Ориентироваться в строении ближнего космоса довольно просто. Надо только помнить основной принцип: передвижение частиц на значительное расстояние поперек магнитного поля затруднено.

Что при этом получается?

По отношению к солнечному ветру магнитное поле, созданное токами внутри планеты, представляет собой препятствие. Солнечный ветер обтекает его. Поэтому магнитосфера занимает полость, "вырезанную" в потоке солнечной плазмы. Действительно, плотность частиц, наблюдаемая в этой полости, значительно меньше, чем в солнечном ветре. Естественное исключение составляет сама Земля и ее ближайшие окрестности, включая так называемую плазмосферу — область плотной и холодной плазмы, прилегающую непосредственно к нейтральной атмосфере Земли (в районе средних и низких широт на поверхности планеты).

Нас не удивит, конечно, что Земля расположена в головной части этой полости: при обтекании препятствия быстрым потоком за препятствием всегда остается более или менее вытянутое разреженное (по сравнению с обтекающим потоком) пространство.

Очевидно, наибольшему искажению должны подвергнуться периферийные области дипольного магнитного поля Земли, другими словами, те его линии, которые уходят на большие расстояния от планеты. Такие линии пронизывают поверхность Земли вблизи ее магнитных полюсов. Они-то и заполняют хвост реальной магнитосферы.

Когда-то промелькнул в печати такой рисунок: двое научных сотрудников стоят возле лабораторного стола, на котором лежит шарик со щеточкой волос "на макушке". Тот сотрудник, что повеселее, говорит другому, озабоченному и лысому:

— Скажи, ну кому нужен бильярдный шар с растущими на нем волосами?

Нам сейчас нужен такой шар: на нем легко показать, как устроена наша магнитосфера. Пусть только волосы у шара растут двумя чубами, длинными, как у запорожцев, по обоим концам одного диаметра. Можно было бы с силой метнуть такой шарик, чтобы встречный поток воздуха сдул чубы назад и свел концы их вместе. Летящий волосатый шарик со стороны очень похож на магнитосферу, можно сказать, это ее объемная модель. Встречный поток для реальной магнитосферы — солнечный ветер. Шар представляет ту ее область, где магнитное поле еще не сильно отличается от дипольного. Здесь находятся радиационные пояса Земли, погруженные в разреженную плазму. Волосы чубов — магнитные силовые линии полярных областей Земли. Две пряди — одна из силовых линий, идущих от Земли, из ее Южного полушария, другая — из линий, направленных к Земле и входящих в нее в полярном районе Северного полушария, — составляют хвост реальной магнитосферы. В плоскости, проходящей через магнитные полюса Земли, получается та фигура, которую мы видели на рис. 3.

Обратим теперь внимание на область, где проходит поверхность раздела между внутренними дипольными магнитными силовыми линиями, не искаженными потоком солнечного ветра, и внешними, уходящими в хвост. Можно ожидать, что здесь должны наблюдаться какие-то особенные явления, которых нет в других частях магнитосферы. Точки, в которых силовые линии, образующие эту поверхность, пронизывают Землю как в Северном, так и в Южном полушарии, ложатся кольцом, охватывающим магнитный полюс. Вдоль этих колец можно тоже ожидать каких-то своеобразных явлений. И действительно, именно здесь горят полярные сияния! Каждое кольцо — не что иное, как авроральный овал.

Теперь понятно, какие черты ближнего космоса отражает само существование целостного аврорального овала. Он может быть растянутым, далеко отходить от магнитного полюса, может быть, наоборот, сжатым. Но он постоянно присутствует на полярном небе, потому что Земля постоянно обдувается потоком солнечной плазмы. Ведь если бы не было солнечного ветра, не было бы никакого аврорального овала и, возможно, сияний вообще. Солнечный ветер — это постоянно расширяющиеся ("испаряющиеся") наружные слои атмосферы Солнца. Поэтому можно сказать: сияниями мы обязаны тому, что живем прямо в Солнце, да еще тому, что планета наша имеет собственное магнитное поле, "распирающее" солнечную плазму.

Мы уже говорили об авроральном овале как об испытательной таблице на экране естественного телевизора (так и хочется сказать: марки "Магнитосфера") которым обладает наша планета. В этом качестве используют овал и специалисты: любое обсуждение конкретного явления в околоземном пространстве начинается с вопроса, где в это время находился авроральный овал, другими словами, был ли он растянут или сжат. Вообще в космофизике авроральный овал — это та печка, от которой всегда танцуют. Да и понятно: ведь он представляет собой отпечаток структуры магнитосферы, который позволяет просто, лишь по одним наблюдениям с Земли, определять, какая часть околоземного пространства находится под непосредственным влиянием плазмы Солнца — солнечного ветра.

Отметим в заключение еще одно свойство околоземного пространства. Солнечный ветер искажает собственное магнитное поле Земли на довольно большом расстоянии от нее. Поэтому если вести магнитные наблюдения на спутнике, летящем на высоте, скажем, 1000 километров от поверхности Земли, то и не заметишь разницу внутренних и внешних (хвостовых) силовых линий: здесь недалеко от Земли, они все отходят от нее как дипольные, но на соответствующем расстоянии в космосе внешние линии резко меняют вид, отклоняясь в хвост (см. рис. 1 и 3). Особенно выразительно это выглядит со стороны Солнца: высокоширотные силовые линии, тянущиеся от Земли, сначала направляются, как и дипольные, в сторону противоположного магнитного полюса, но затем резко отклоняются в сторону "своего" полюса, проходят над ним и уходят далеко на ночную сторону (см. рис. 3). Граница раздела между этими линиями и "обыкновенными", как у диполя, на поверхности Земли соответствует 80° магнитной широты. С ночной стороны поверхность раздела линий, похожих на дипольные, и хвостовых силовых линий, очевидно, должна быть менее резкой: это подветренная сторона магнитосферы и здесь переход от силовых линий, похожих на дипольные, к вытянутым, хвостовым происходит постепенно. Поэтому-то авроральный овал и утолщен с ночной стороны.