太陽圏電流シート

太陽圏電流シート、または惑星間電流シートは、太陽圏のうち惑星間磁場が太陽に向かう方向と太陽から離れる方向を向く方向の領域を分ける表面である。^[1]電流密度約 10 ⁻¹⁰ A /m ²の小さな電流がこの表面内を流れ、この表面に限定された電流シートを形成する。^{[2] [3] [4]} 電流シートの形状は、太陽の回転磁場が惑星間媒体内のプラズマに与える影響によって生じる。^[5]電流シートの厚さは、地球の軌道付近で約 10,000 km (6,200 マイル) である。

太陽が自転すると、その磁場は太陽系全体に広がるにつれてアルキメデスの螺旋にねじれます。この現象は、惑星間磁場の構造を予測したユージン・パーカーの研究^[6]にちなんで、パーカー螺旋と呼ばれることがよくあります。太陽圏磁場の螺旋特性は、以前、彗星の尾の構造に基づいてハンネス・アルヴェーン[ ^7]によって指摘されていました。

この螺旋状の磁場が惑星間媒体（太陽風）に与える影響により、太陽系最大の構造である太陽圏電流シートが形成される。パーカーの螺旋磁場は、1970年代初頭にシャッテンによって初めて開発された数学モデルである電流シートによって2つに分割された。電流シートは、バレリーナのスカートに例えられる波状の螺旋形状に歪んでいる。^{[9] [ 10]}電流シートの波状性は、太陽の自転軸に対する磁場双極子軸の傾斜角と、理想的な双極子場からの変動によるものである。^[11]

棒磁石から発生する磁場のよく知られた形状とは異なり、太陽の拡張磁場は、太陽風の磁気流体力学的影響によって等差螺旋にねじれている。太陽風は太陽から毎秒 200～800 km の速度で外側に向かって移動するが、太陽表面の特定の場所から噴出する太陽風の個々のジェットは太陽の自転とともに回転し、空間に螺旋模様を描く。このバレリーナの螺旋形状の原因は、「ガーデン スプリンクラー効果」または「ガーデン ホース効果」と呼ばれることもある^{[12] [13]。}これは、回転しながら上下に動くノズルが付いた芝生のスプリンクラーに似ているためである。水の流れは太陽風を表している。ただし、スプリンクラーからのジェットとは異なり、太陽風はMHD効果によって磁場に結び付けられているため、磁力線はジェット内の物質に結び付けられ、等差螺旋形状になる。

太陽風のパーカー螺旋形状は、太陽系外縁部の太陽磁場の形状を変えます。太陽から 10 ～ 20天文単位を超えると、磁場はポロイダル (棒磁石のように北極から南極に向かう) や放射状(太陽が自転していない場合に太陽風の流れから予想されるように、外向きまたは内向き) ではなく、ほぼトロイダル (太陽の赤道の周りに向かう) になります。螺旋形状は、太陽系外縁部の太陽磁場の強度も大幅に増幅します。

パーカー螺旋は、太陽の極（自転周期約 35 日）が赤道（自転周期約 27 日）よりもゆっくりと自転する差動太陽自転の原因である可能性がある。太陽風は太陽の磁場によって誘導されるため、主に太陽の極領域から発生する。磁場の誘導された螺旋形状により、磁気張力によって極に抗力トルクが生じる。

太陽活動極大期には太陽の磁場全体が反転し、太陽活動周期ごとに磁場の極性が切り替わります。^[14]

太陽圏電流シートは太陽とともに約25日の周期で回転し、その間にスカートの山と谷が地球の磁気圏を通過して相互作用します。太陽の表面近くでは、シート内の放射状電流によって生成される磁場は、5 × 10 ⁻⁶  T . ^[2]

太陽の表面の磁場は約10 ⁻⁴  T。磁場の形状が磁気双極子である場合、強度は距離の3乗で減少し、約地球の軌道上では10 ⁻¹¹  Tです。太陽圏電流シートにより高次の多極成分が生成され、太陽による地球の実際の磁場は 100 倍になります。

太陽圏電流シート内の電流には、半径方向成分（内側に向く）と方位方向成分があり、半径方向回路は太陽極域の太陽磁場と一致する外向き電流によって閉じられる。回路内の半径方向電流は、3 × 10 ⁹ アンペア。^[2]他の天体電流と比較すると、地球のオーロラに供給されるビルケランド電流は100万アンペアで約1000倍弱い。シートの最大電流密度は10 ⁻¹⁰  A/m ²（10 ⁻⁴  A/km ²）。

太陽圏電流シートは、ジョン・M・ウィルコックスとノーマン・F・ネスによって発見され、1965年に発表されました。^[15] ハンネス・アルヴェーンとペール・カールクヴィストは、太陽圏電流シートに対応する銀河電流シートの存在を推測しており、銀河の対称面を流れる可能性があると推定されています。銀河電流は10 ¹⁷から 10 ^{19アンペアです。 [16]}

• 太陽圏電流シート
• 二つの北極を持つ星（アニメーション付き）
• 惑星間磁場 2012-04-29 にWayback Machineでアーカイブ
• 太陽圏電流シートの3次元表示
• NASA 天体物理学データシステムの記事参照 (オンライン全文記事)