엘셸

L-셸, L-값 또는 McIlwain L-parameter(Carl E. McIlwain 이후)는 행성 자기장 선의 특정 집합을 설명하는 매개변수다.구어체적으로 L-값은 L-값과 동일한 수의 지구 반지름으로 지구 자기 적도를 가로지르는 자기장 선의 집합을 설명하는 경우가 많다.예를 들어, "${\displaystyle }$= ${\displaystyle 2}$ ${\displaystyle L=2$는 지구 중심에서 지구 자기 적도 2 지구 반경을 가로지르는 지구의 자기장 선의 집합을 설명한다.L-셸 매개변수는 다른 행성의 자기장을 설명할 수도 있다.그러한 경우, 매개변수는 그 행성의 반지름과 자기장 모델에 대해 다시 표준화된다.^[1]

L-값은 지구의 진정한 순간 자기장(또는 IGRF와 같은 고차 모델)의 관점에서 공식적으로 정의되지만, 지구 근처의 자기현상에 대한 일반적인 그림을 주는 데 종종 사용되는데, 이 경우 지구 자기장의 쌍극자 모델을 사용하여 근사치를 구할 수 있다.

쌍극자 필드에서 충전된 입자 움직임

지구의 자기장(또는 거의 2극에 가까운 자기장)에서 저에너지 충전된 입자의 움직임은 McIlwain(B,L) 좌표의 관점에서 유용하게 설명될 수 있는데, 첫 번째, B는 자기장 벡터의 크기(또는 길이)에 불과하다.^[2]이 설명은 전하를 띤 입자 궤도의 교라디우스가 전장의 변화에 대한 공간적 척도에 비해 작을 때 가장 가치가 있다.그러면 충전된 입자는 기본적으로 지역장 선을 선회하는 나선 경로를 따를 것이다.z가 필드를 따라 있는 로컬 좌표계 {x,y,z}에서 가로 운동은 거의 원형으로 궤도의 중심인 "가이딩 중심"이나 국소 B선 궤도의 중심인 "가이딩 중심"을 선회하며, 반면, z를 따라 동시에 움직이는 것은 거의 원일 것이다.필드 라인을 따라 로렌츠 힘의 성분이 0이기 때문에 균일한 속도.

다음 수준의 근사치에서는 입자가 궤도를 돌고 자기장이 천천히 변화하면서 궤도에 둘러싸인 자속이 일정하게 유지되도록 궤도의 반경이 변화한다.로렌츠 힘은 속도에 엄격히 수직이기 때문에, 그 안에서 움직이는 전하 입자의 에너지를 바꿀 수 없다.따라서 입자의 운동 에너지는 일정하게 유지된다.그렇다면 속도 또한 일정해야 한다.그 다음, 현장이 z 운동을 따라 증가하는 경우 국부장에 평행한 입자의 속도가 감소하고, 현장이 감소하는 경우, 총 속도 크기를 일정하게 유지하기 위해 현장으로 가로지르는 속도 구성요소가 증가하거나 감소하는 것을 보여줄 수 있다.에너지의 보존은 횡속도가 제한 없이 증가하는 것을 방지하고, 결국 속도의 세로 요소는 0이 되는 반면, 필드 라인에 대한 입자의 피치 각도는 90°가 된다.그러면 종방향 운동이 중지되고 역전되어 입자가 약한 영역의 영역을 향해 다시 반사되며, 유도 중심은 이제 입자의 횡방향 속도가 감소하고 종방향 속도가 증가하면서 자기장 선을 따라 이전의 운동을 되짚어 간다.^[3]

지구의 쌍극장(약)에서, 자기장의 크기는 자기 극 근처, 그리고 최소한 자기 적도 근처가 가장 크다.따라서 입자가 적도를 가로지른 후, 그것은 다시 한번 적도의 반대편에 있는 자기 거울 지점에서 멈출 때까지, 증가장 지역을 만나게 될 것이다.그 결과 입자가 필드 라인에서 가이드 센터를 공전하면서 북쪽 미러 지점과 남쪽 미러 지점 사이를 왕복하면서 대략 동일한 필드 라인 위에 남아 있게 된다.그러므로 이 입자는 끝없이 갇히고, 지구의 영역에서 벗어날 수 없다.너무 작은 피치 각도를 가진 입자들은 자기장 선이 지구에 너무 가까이 도달하기 전에 미러링되지 않으면 대기 상단을 강타할 수 있는데, 이 경우 입자들은 결국 공중에 있는 원자에 의해 흩어져 에너지를 잃고 벨트로부터 손실될 것이다.^[4]

그러나 안전한 고도에서 거울을 비추는 입자의 경우(아직도 더 높은 수준의 근사치에서) 일반적으로 장(場)이 지구의 중심을 향해 증가한다는 사실은 지구에서 가장 가까운 궤도의 측면의 곡률이 반대쪽보다 다소 크기 때문에 궤도는 (프로롤레이트)과 함께 약간 비원형을 이루고 있다는 것을 의미한다.) 사이클로이드 형태, 그리고 유도 중심은 필드 선과 방사형 방향으로 모두 수직으로 천천히 움직인다.사이클로트론 궤도의 유도 중심은 필드 라인을 따라 정확히 이동하는 대신, 따라서 (입자의 전하 신호에 따라) 동이나 서쪽으로 천천히 표류하고, 언제라도 두 거울을 연결하는 국부 필드 라인은 경도로 이동하면서 이들을 연결하는 표면을 천천히 쓸어낸다.결국 그 입자는 완전히 지구 주위를 떠돌게 될 것이고, 표면은 스스로 닫히게 될 것이다.양파 껍질처럼 내포된 이러한 표류면은 맥일웨인 좌표계의 상수 L의 표면이다.그들은 완벽한 쌍극자 필드뿐만 아니라 대략 2극성인 필드에도 적용된다.주어진 입자의 경우 로렌츠 힘만이 관여하는 한 B와 L은 일정하게 유지되고 입자는 무한정 갇힐 수 있다.(B,L) 좌표의 사용은 우리에게 실제, 극성이 아닌 지상 또는 행성장을 완전한 쌍극자의 좌표처럼 본질적으로 작동하는 좌표로 매핑하는 방법을 제공한다.L 매개변수는 전통적으로 껍질이 자기 적도를 가로지르는 지점의 지구 반지름에 해당하는 쌍극자의 라벨로 표시된다.B는 가우스로 측정된다.

쌍극자장의 L 방정식

중심 쌍극자 자기장 모델에서 주어진 L 쉘을 따라가는 경로는 다음과^[5] 같이 설명할 수 있다.

${\displaystyle r=L\cos ^{2}\lambda }$

여기서 $r{\displaystyle }$ ${\displaystyle r}$은 선의 한 지점까지의 반경 거리(행성 반지름 내), , ${\displaystyle \lambda }$은 지자기 위도, $L{\displaystyle }$ ${\displaysty L}$은 관심 L-셸이다.

지구의 L-셸

지구의 경우 L-셸은 특정 지구물리학적 관심 영역을 고유하게 정의한다.특정 물리적 현상은 특성 L-셸에서 전리층과 자기권에서 발생한다.예를 들어, 오로라 빛 표시장치는 L=6 주위에 가장 흔하고, 중간 정도의 교란 중에 L=4에 도달할 수 있으며, 가장 심한 지자기 폭풍 중에 L=2에 도달할 수 있다.Van Allen 방사선 벨트는 대략 L=1.5-2.5 및 L=4-6에 해당한다.플라스마포스는 일반적으로 L=5 정도 입니다.

목성의 L자껍질

조비아 자기장은 태양계에서 가장 강한 행성장이다.그것의 자기장은 500 MeV 이상의 에너지로 전자를 함정에 빠뜨린다 특징적인 L-셸은 전자 분포가 현저한 경화(에너지 증가)를 겪는 L=6이고, L=20-50은 전자 에너지가 VHF체제로 감소하고 결국 자기권은 태양풍에 자리를 내주는 L=20-50이다.목성의 갇힌 전자는 너무 많은 에너지를 포함하고 있기 때문에, 그들은 지구의 자기장에 갇힌 전자보다 L-셸에 걸쳐 더 쉽게 확산된다.이것의 한 가지 결과는 자이로-레손스에서 갇힌 전자에 의해 방출되는 더 연속적이고 매끄럽게 변화되는 무선 스펙트럼이다.

참고 항목

• 지구 자기장
• 지구 자기장의 쌍극자 모형
• 안내소
• 지자기위도
• 국제 지구자기 참조 필드
• TEP
• 월드 마그네틱 모델

참조

기타 참조

• Tascione, Thomas F. (1994), 우주환경 소개 (2차 개정), 말라바르, FL: 크라이거
• 마거릿 키벨슨과 크리스토퍼 러셀(1995) 뉴욕주 우주물리학 소개: 케임브리지 대학 출판부 166-167쪽