磁気圏

太陽から見ると、天体の軌道運動は、本来対称的な磁気圏をわずかに圧縮し、運動方向とは逆の方向に引き伸ばすことがあります（地球の例では、西から東へ）。これは夜明け-夕暮れ非対称性として知られています。^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

バウショックは磁気圏の最外層を形成し、磁気圏と周囲の媒質との境界となります。恒星の場合、これは通常、恒星風と星間物質との境界です。惑星の場合、太陽風の速度は磁気圏界面に近づくにつれて低下します。^{[ 10 ]}バウショックとの相互作用により、恒星風プラズマは大きな異方性を獲得し、バウショックの上流と下流でさまざまなプラズマ不安定性を引き起こします。 ^{[ 11 ]}

磁気圏シースは、バウショックと磁気圏界面の間の磁気圏領域です。主に衝撃を受けた太陽風から形成されますが、磁気圏からの少量のプラズマも含まれています。^{[ 12 ]}粒子エネルギー束が高い領域であり、磁場の方向と大きさが不規則に変化します。これは、実質的に熱化を受けた太陽風ガスの集積によって引き起こされます。太陽風の流れからの圧力と物体からの磁場の障壁を伝達するクッションとして機能します。^{[ 4 ]}

磁気圏界面は、惑星の磁場による圧力と太陽風による圧力が釣り合っている磁気圏の領域です。^{[ 3 ]}これは、磁気圏外縁部からの衝撃波を受けた太陽風と、天体の磁場および磁気圏からのプラズマとの収束点です。この収束点の両側には磁化されたプラズマが存在するため、それらの間の相互作用は複雑です。磁気圏界面の構造は、プラズマのマッハ数とベータ比、および磁場に依存します。^{[ 13 ]}磁気圏界面は、太陽風による圧力の変動に応じて大きさや形状が変化します。^{[ 14 ]}

圧縮された磁場の反対側には磁気尾部があり、そこでは磁気圏が天体のはるか彼方に広がっています。磁気尾部には、北尾部ローブと南尾部ローブと呼ばれる2つのローブがあります。北尾部ローブの磁力線は天体に向かっており、南尾部ローブの磁力線は天体から離れる方向を向いています。尾部ローブはほとんど空っぽで、太陽風の流れに逆らう荷電粒子はほとんどありません。2つのローブはプラズマシートによって隔てられており、プラズマシートは磁場が弱く、荷電粒子の密度が高い領域です。^{[ 15 ]}

地球の赤道上では、磁力線はほぼ水平になり、その後、高緯度で再び接続します。しかし、高高度では、磁場は太陽風とその太陽磁場によって大きく歪められます。地球の昼側では、磁場は太陽風によって約65,000 キロメートル (40,000マイル)の距離まで大きく圧縮されます。地球のバウショックは約17 キロメートル (11マイル)の厚さで^{[ 16 ]} 、地球から約90,000 キロメートル (56,000マイル)の位置にあります。 ^{[ 17 ]}昼側の磁気圏界面は、地球表面から約 30,000 ～ 60,000 キロメートルの距離にあります。地球の磁気圏界面は、太陽風粒子が侵入することを可能にするため、ふるいに例えられています。ケルビン・ヘルムホルツ不安定性は、プラズマの大きな渦が磁気圏の縁に沿って磁気圏とは異なる速度で移動し、プラズマが滑り落ちるときに発生します。これにより磁気リコネクションが発生し、磁力線が切断されて再接続されると、太陽風粒子が磁気圏に入ることができます。^{[ 18 ]}地球の夜側では、磁場は磁気尾部に広がっており、その長さは6,300,000 キロメートル (3,900,000マイル)を超えます。^{[ 3 ]}地球の磁気尾部は極オーロラの主要な発生源です。^{[ 15 ]}また、NASA の科学者は、地球の磁気尾部が昼側と夜側の間に電位差を作り出すことで、月面で「砂嵐」を引き起こす可能性があると示唆しています。^{[ 19 ]}尾部のプラズマシートの中心は中性シートと呼ばれ、各ローブからの磁力線が出会う領域です。したがって、ここは尾部における重要な再結合の場である。プラズマシートは静止状態とは程遠く、中性シートを黄道面に対して傾けるような大きな動きを示し、フラッピング運動と呼ばれる振動を生み出すことが知られている。^{[ 20 ] [ 21 ]}これらの動きは、プラズマシートの南北方向の振動から成る。プラズマシートのこれらの動きを視覚化するには、風向計との類推が役立つかもしれない。    

多くの天体は磁気圏を生成し維持しています。太陽系では、これには太陽、水星、地球、木星、土星、天王星、海王星、^{[ 22 ]}およびガニメデが含まれます。木星の磁気圏は太陽系で最大の惑星磁気圏であり、昼側では最大7,000,000 キロメートル (4,300,000マイル)まで広がり、夜側では土星の軌道にほぼ達しています。^{[ 23 ]}木星の磁気圏は地球の磁気圏よりも1 桁違いに強く、その磁気モーメントは約 18,000 倍大きくなっています。^{[ 24 ]}一方、金星、火星、冥王星には固有の磁場がありません。これは、それらの地質学的歴史に大きな影響を与えた可能性があります。金星と火星は、光解離と太陽風によって原始水を失った可能性があると仮説が立てられている。強い磁気圏が存在していれば、このプロセスは大幅に遅くなるだろう。^{[ 22 ] [ 25 ]} 

系外惑星によって生成される磁気圏は一般的であると考えられているが、最初の発見は2010年代になってからだった。2014年には、 HD 209458 bの周囲の磁場が、惑星からの水素の蒸発の仕方から推測された。 ^{[ 27 ] [ 28 ]} 2019年には、4 つのホットジュピターの表面磁場の強さが推定され、木星の表面磁場 4.3 ガウスと比較して20 ～ 120ガウスの範囲であった。 ^{[ 29 ] [ 30 ]} 2020年には、タウ・ブーティス系から14 ～ 30 MHz 帯の電波放射 が検出され、これはタウ・ブーティス bの極からのサイクロトロン放射に関連している可能性があり、惑星磁場の兆候である可能性がある。^{[ 31 ] [ 32 ]} 2021年に、ホットネプチューンHAT-P-11bによって生成された磁場が初めて確認された。^{[ 33 ]}地球型系外惑星によって生成された磁場の最初の未確認検出は、2023年にYZ Ceti bで発見された。^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}