地球磁层从地面上空50公里处(相当于电离层区域),一直扩展到很远的边界,直到行星际空间,这个边界叫磁层顶。由于太阳风中的等离子体沿着磁力线流动,同时又使磁力线畸变,拉着磁力线一起跑。所以,地磁场在太阳风的压缩下,地球磁力线向着背向太阳的方向延伸,形成一条长长的尾巴,叫做磁尾。在地磁场赤道附近,有一个特殊的界面,在界面两边,磁力线突然改变方向,此界面称为中性片。中性片上的磁场强度微乎其微,厚度大约有1000公里。中性片将磁尾部分成两部分:北面的磁力线向着地球,南面的磁力线离开地球。
1967年发现,在中性片两侧约10个地球半径的范围里,充满了密度较大的等离子体,这一区域称作等离子体片。当太阳活动剧烈时,在等离子片中的高能粒子数增多,并快速地沿磁力线向地球极区沉降,形成极光。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘,便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的冲击波面。冲击波面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘,厚度约为3~4个地球半径。
现在磁层这一概念已从地球扩展到其他天体,有人认为中子星和活动星系核也具有磁层特征。
2、磁阱图
在太阳风中的带电粒子到达地球磁场,被地磁场“设置”的陷阱“关”在里面,不能出来,这就是磁阱。被陷入地球磁阱中的带电粒子在地球周围形成一个巨大区域,这个区域就是地球的辐射带。
3、辐射带
20世纪初,有人提出太阳在不停地发出带电粒子,这些粒子被地球磁场俘获,束缚在离地表一定距离的高空形成一条带电粒子带。50年代末至60年代初,美国科学家衣阿华(Iowa)和范艾伦(Van Allen)根据“探险者”1号、3号、4号的观测数据分析确定了它的存在,所以辐射带又叫做为范艾伦带。离地面较近的辐射带称为内辐射带,离地面较远的称为外辐射带。
这两条地球辐射带相对于地球赤道对称排列,且只存在于低磁纬地区上空。内辐射带的中心约在1.5个地球半径处,范围限于磁纬±40°之间,并且东西半球不对称,西半球起始高度低于东半球,带内含有能量为50兆电子伏的质子和能量大于30兆电子伏的电子。外辐射带位于地面上空大约2~3个地球半径处,厚约6000公里,范围可延伸到磁纬50°~60°的地方,其中带电粒子能量比内辐射带小。一般说来,在内辐射带里容易测得高能质子,在外辐射带里容易测得高能电子。