Спираль Паркера

В процессе вращения Солнца его магнитное поле извивается в особой формы спираль Паркера, представляющую собой вид архимедовой спирали и названную так по имени её первооткрывателя Юджина Паркера. Магнитное поле спирали разделено на две части токовым слоем, математическая модель которого была впервые разработана в начале 70-х. Завивающееся спиралью магнитное поле меняет свою полярность и приобретает сложную форму волнистых спиральных складок, более всего напоминающих многослойную юбку балерины.

Причину формирования такой сложной формы иногда называют «эффектом садового шланга». Именно такую поверхность описывает струя воды, если перемещать шланг вверх-вниз и одновременно поворачиваться вокруг своей оси. В случае с Солнцем роль водяной струи играет солнечный ветер.

Магнитное поле

Гелиосферный токовый слой вращается вместе с Солнцем, делая один оборот за 27 дней. За этот период Земля, вместе со своей магнитосферой, проходит через горбы и впадины токового слоя, взаимодействуя с ним в течение которого пиков и впадин в юбку через земную магнитосферу, взаимодействующие с ним. Магнитная индукция на поверхности Солнца составляет примерно 10×10−4 тесла. Если бы магнитное поле имело дипольную форму, его сила уменьшалась бы пропорционально кубу расстояния и в районе орбиты Земли составила бы 10×10−11 тесла. Существование гелиосферного токового слоя приводит к тому, что фактические показатели в районе Земли в 100 раз больше.

Электрический ток

В соответствии с законами электродинамики электрический ток в токовом слое направлен перпендикулярно магнитному полю, т.е ток движется почти по окружности вблизи Солнца и направлен почти радиально на больших расстояниях. Замыкает «электрическую цепь» направленный от Солнца ток, который идёт в направлениях, перпендикулярных экватору от солнечных полюсов, затем по гелиопаузе спускается к экватору, к гелиосферному токовому слою. Общая сила тока в этой цепи составляет порядка 3×109 ампер. Для сравнения токи, приводящие к возникновению полярных сияний на Земле примерно в тысячу раз слабее и имеют порядок миллиона ампер. Максимальная плотность тока в листе составляет порядка 10×10−10 А/м² (10×10−4 A/км²).

Картина силовых линий магнитного поля

Внешняя структура

Солнечная система, гелиосфера, облако Оорта и альфа Центавра, наложенные на логарифмическую шкалу.

Внешняя структура гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра с потоком частиц в межзвёздном пространстве. Потоки солнечного ветра движутся во все стороны от Солнца, вблизи Земли имея скорости в несколько сотен километров в секунду. На определённом расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Нептуна, этот сверхзвуковой поток начинает снижать свою скорость. Это торможение происходит в несколько этапов:

Солнечный ветер имеет сверхзвуковую скорость внутри солнечной системы. На так называемой границе ударной волны происходит падение скорости солнечного ветра до звуковых значений.

Потеряв сверхзвуковую скорость, солнечный ветер начинает взаимодействовать с окружающим межзвёздным веществом. Это взаимодействие между галактическим веществом и движущимся в нём Солнцем приводит к тому что гелиосфера приобретает каплеобразную форму, вытянутую хвостом в сторону, противоположную движению Солнца. Эта область пространства называется гелиосферной мантией (мантией Солнечной системы)

Поверхность, которая ограничивает гелиосферную мантию и на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра и смешение его с набегающим межзвёздным веществом называют гелиопаузой. Она является границей всей гелиосферы.

Движение Солнца в межзвёздной среде приводит к тому, что в окружающем межзвёздном пространстве происходят возмущения. Точно так же, как солнечный ветер на границе ударной волны теряет свою скорость, межзвёздный ветер, движущийся навстречу движению Солнца, изменяет свою скорость на аналогичной границе, называемой дуговой ударной волной. Она находится за пределами гелиосферы, и здесь происходит торможение не солнечного, а межзвёздного ветра.