Lシェル

L殻、L値、またはマキルウェインLパラメータ（カール・E・マキルウェインにちなんで）は、特定の惑星の磁力線のセットを表すパラメータです。口語的には、L値は、 L値に等しい地球半径の数で地球の磁気赤道を横切る磁力線の集合を表すことが多いです。たとえば、は、地球の中心から2地球半径で地球の磁気赤道を横切る地球の磁力線の集合を表します。L殻パラメータは、他の惑星の磁場を表すこともできます。このような場合、パラメータはその惑星の半径と磁場モデルに対して再正規化されます。^[1]${\displaystyle L=2}$

L値は正式には地球の真の瞬間磁場（またはIGRFのような高次モデル）に基づいて定義されますが、地球近傍の磁気現象の全体像を示すために使用されることが多く、その場合には地球磁場の双極子モデルを使用して近似することができます。

地球の磁場（またはほぼ双極子の磁場）内の低エネルギー荷電粒子の運動は、マクイルウェインの（B、L）座標で記述すると便利である。最初の座標であるBは、  磁場ベクトルの大きさ（または長さ）である。^{[2]この記述は、荷電粒子の軌道の}ジャイロ半径が磁場の変化の空間スケールに比べて小さい 場合に最も有用である。その場合、荷電粒子は基本的に、局所的な磁場線を周回する螺旋状の経路をたどる。局所座標系{x、y、z}（zは磁場に沿う）  では  、横方向の運動はほぼ円となり、「誘導中心」、つまり軌道の中心または局所的なB線を周回し、ジャイロ半径と周波数は磁場の強さに対するサイクロトロン運動の特性を持つ。一方、同時のz  に沿った運動は、磁場線に沿ったローレンツ力の成分がゼロである   ため、ほぼ均一な速度となる。

次のレベルの近似では、粒子が磁力線に沿って軌道を描いて移動すると、磁力線に沿って磁場がゆっくりと変化するため、軌道の半径が変化して、軌道に囲まれた磁束が一定に保たれます。ローレンツ力は速度に対して厳密に垂直であるため、その中を移動する荷電粒子のエネルギーを変えることはできません。したがって、粒子の運動エネルギーは一定のままです。したがって、速度も一定でなければなりません。次に、局所磁場に平行な粒子の速度は、磁場が z 方向の動きに沿って増加する場合は減少し  、磁場が減少する場合は増加することがわかります。一方、磁場を横切る速度の成分は、全体の速度の大きさを一定に保つように増加または減少します。エネルギー保存則により、横方向の速度が無制限に増加することはなく、最終的に速度の縦方向成分はゼロになり、粒子の磁場線に対するピッチ角は 90° になります。その後、縦方向の動きが停止して反転し、粒子はより弱い磁場の領域に向かって反射され、誘導中心は磁場線に沿って以前の動きをたどり、粒子の横方向の速度は減少し、縦方向の速度は増加します。^[3]

地球の（ほぼ）双極子磁場では、磁場の強さは磁極の近くで最大になり、磁気赤道の近くで最小になります。したがって、粒子が赤道を横切った後、再び磁場が増加する領域に遭遇し、赤道の反対側にある磁気ミラーポイントで再び停止します。その結果、粒子が磁力線上の誘導中心を周回するとき、北ミラーポイントと南ミラーポイントの間を行ったり来たりしますが、ほぼ同じ磁力線上にとどまります。したがって、粒子は際限なく閉じ込められ、地球の領域から脱出することはできません。ピッチ角が小さすぎる粒子は、磁力線が地球に近づきすぎる前にミラーリングされなければ、大気圏の上部に衝突する可能性があります。その場合、粒子は最終的に空気中の原子によって散乱され、エネルギーを失い、ベルトから失われます。^[4]

しかし、安全な高度で反射する粒子の場合、（さらに近似レベルで）磁場が地球の中心に向かって一般的に増加するという事実は、地球に最も近い軌道側の曲率が反対側よりもいくらか大きいことを意味します。そのため、軌道はわずかに非円形で、（長楕円形の）サイクロイド形状を持ち、誘導中心は磁場線と放射方向の両方に垂直にゆっくりと移動します。サイクロトロン軌道の誘導中心は、磁場線に沿って正確に移動する代わりに、東または西にゆっくりと漂い（粒子の電荷の符号によって異なります）、任意の瞬間の 2 つの反射点を結ぶ局所磁場線は、経度方向に移動するにつれて、それらを結ぶ表面をゆっくりと掃き出します。最終的に、粒子は地球の周りを完全に漂い、表面は閉じます。タマネギの皮のように入れ子になったこれらの漂流表面は、  マキルウェイン座標系で定数Lの表面です。これらは、完全な双極子場だけでなく、ほぼ双極子である場にも適用されます。特定の粒子について、ローレンツ力のみが関与している限り、B  とL は  一定のままであり、粒子は無制限に捕捉できます。 ( B、L ) 座標を使用すると、実際の非双極子地球または惑星場を、本質的に完全な双極子のように動作する座標にマッピングする方法が提供されます。L  パラメーターは、従来、シェルが磁気赤道を横切る点の、等価双極子の地球半径でラベル付けされます。 B は  ガウスで測定されます。

中心双極子磁場モデルでは、与えられたL殻に沿った経路は^[5] のように記述できます。 ここで、は線上の点までの半径距離（惑星半径）、はその地磁気緯度、は対象のL殻です。 $${\displaystyle r=L\cos ^{2}\lambda }$$${\displaystyle r}$${\displaystyle \lambda}$${\displaystyle L}$

地球の場合、L 殻は特に地球物理学的に興味深い領域を一意に定義します。特定の物理現象は、特徴的な L 殻の電離層と磁気圏で発生します。たとえば、オーロラ光はL=6 付近で最もよく見られますが、中程度の擾乱時には L=4 に達し、最も激しい磁気嵐の時にはL=2 に近づくことがあります。ヴァン アレン放射線帯は、おおよそ L=1.5～2.5、L=4～6プラズマ休止帯は通常L=5付近にあります。

木星の磁場は、太陽系で最も強い惑星磁場です。その磁場は、500 MeV を超えるエネルギーを持つ電子を捕らえます^[6] 特徴的な L 殻は、電子分布が著しく硬化 (エネルギーが増加) する L=6 と、電子エネルギーがVHF領域まで減少し、磁気圏が最終的に太陽風に道を譲る L=20-50 です。木星の捕らえられた電子は非常に多くのエネルギーを含んでいるため、地球の磁場に捕らえられた電子よりも L 殻を越えて拡散しやすいです。この結果の 1 つは、ジャイロ共鳴で捕らえられた電子によって放出される電波スペクトルがより連続的で滑らかに変化するということです。

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• タシオーネ、トーマス F. (1994)、宇宙環境入門(第 2 版)、マラバー、フロリダ州: クライガー
• マーガレット・キヴェルソン、クリストファー・ラッセル（1995年）『宇宙物理学入門』ニューヨーク、ケンブリッジ大学出版局、pp. 166-167