تعريف المجال المغناطيسي الأرضي

الحياة كما نعلم أنها لا يمكن أن توجد بدون المجال المغناطيسي للأرض ، وقدرته على تشتيت الجسيمات المؤينة الخطيرة ، يتم إنشاؤه باستمرار من خلال حركة الحديد السائل في قلب الأرض الخارجي ، وهي ظاهرة تسمى الجيودينامو ، وعلى الرغم من أهميتها الأساسية ، لا تزال العديد من الأسئلة دون إجابة حول أصل الجيودينامو.

يتألف المجال المغناطيسي الأرضي أساسًا من قطبين مغناطيسيين،القطب المغناطيسي الأرضي الشمالي والجنوبي، وهو ثنائي القطب على سطح الأرض، وبعيدًا عن السطح يصبح مشوهًا.

الدينامو المغناطيسي الأرضي

في ثلاثينيات القرن التاسع عشر ، درس عالم الرياضيات والفلكي الألماني كارل فريدريش غاوس المجال المغناطيسي للأرض ، وخلص إلى أن أصل المكون الثنائي القطب داخل الأرض بدلاً من الخارج ، وأوضح أن المكون ثنائي القطب كان وظيفة تنازلية تتناسب عكسياً مع مربع نصف قطر الأرض ، وهو استنتاج أدى إلى العلماء للتكهن على أصل المجال المغناطيسي للأرض ، من حيث المغناطيسية الحديدية (كما هو الحال في مغناطيس القضيب العملاق) ، ونظريات الدوران المختلفة ، والعديد من نظريات الدينامو.

بشكل عام، تفقد النظرية المغناطيسية الحديدية ونظريات الدوران المغناطيسية الحديدية، لأن نقطة كوري (درجة الحرارة التي يتم فيها تدمير المغناطيسية الحديدية)، تصل إلى ٢٠ كيلومترا، أو حوالي ١٢ ميل تقريبا تحت السطح، ونظريات الدوران لأنه لا توجد علاقة أساسية على ما يبدو بين الكتلة في الحركة، والمجال المغناطيسي المرتبط به.

يهتم معظم علماء المغناطيسية الأرضية بنظريات دينامو مختلفة، حيث يتسبب مصدر الطاقة في قلب الأرض في إنشاء مجال مغناطيسي قائم بذاته.

مصادر المجال المغناطيسي الأرضي

تنتج العديد من مصادر المجال المغناطيسي الثابت للأرض ، فوق سطح الكوكب وتحته ، ومن القاع إلى الخارج ، تشمل هذه الدينامو المغنطيسي الأرضي ، مغنطة القشرة ، الدينامو الأيونوسفيري ، التيار الدائري ، التيار المغناطيسي المغناطيسي ، التيار الذيل ، التيارات المحاذية للمجال ، والشفق الكهربائي ، أو الحمل الحراري ، الكهربائية.

يعد الدينامو المغناطيسي الأرضي مصدرا أساسيا، فبدون الحقل الذي ينشئه، لن تكون المصادر الأخرى موجودة. يصبح تأثير المصادر الأخرى قويا، أو أقوى من تأثير الدينامو المغناطيسي الأرضي عندما يكون بعيدا عن سطح الأرض.

يتأثر المجال المغناطيسي للأرض بالتغييرات على مدار الزمن، وتتسبب المصادر الرئيسية للمجال الثابت في اختلافات عابرة أو اضطرابات. يحتوي المجال الرئيسي على نوعين من الاضطرابات الرئيسية، وهما الانعكاسات شبه الدورية والتغير العلماني.

كما أن دينامو الأيونوسفير متغير من تغيرات الدورة الموسمية ، والشمسية ، بالإضافة إلى تأثيرات المد والجزر والقمر ، ويستجيب تيار الحلقة للرياح الشمسية (الغلاف الجوي المتأين للشمس الذي يمتد للخارج إلى الفضاء ويحمل معه المجال المغناطيسي الشمسي) ، كما ينمو بقوة عند وجود ظروف الرياح الشمسية المناسبة.

وترتبط زيادة حلقة الأحلام بظاهرة ثانية، وهي العاصفة المغنطيسية الفرعية، والتي تظهر بشكل أوضح في الشفق القطبي. وهناك نوع مختلف تماما من التغير المغناطيسي الناجم عن موجات مغناطيسية هيدروديناميكية (MHD). هذه الموجات هي اختلافات محلية في الحقول الكهربائية والمغناطيسية، والتي ترتبط بتغيرات في كثافة الجسيمات. وتستخدم كوسيلة لنقل المعلومات حول التغيرات في التيارات الكهربائية، سواء داخل نواة الأرض أو في البيئة المحيطة بالجسيمات المشحونة.

رصد المجال المغناطيسي للأرض

توضيح المجال المغناطيسي الأرضي

تُنتج الحقول الكهربائية والمغناطيسية بواسطة خاصية أساسية للمادة، وهي الشحنة الكهربائية. تُنشئ الحقول الكهربائية عن طريق الشحنات في حالة الراحة بالنسبة للمراقب، أما الحقول المغناطيسية فيتم إنتاجها عن طريق الشحنات المتحركة.

والمجالان هما جوانب مختلفة للمجال الكهرومغناطيسي ، وهي القوة التي تتسبب في تفاعل الشحنات الكهربائية ،  يتم تعريف المجال الكهربائي ، E ، في أي وقت حول توزيع الشحنة على أنه القوة لكل شحنة وحدة عند وضع شحنة اختبار موجبة في تلك النقطة ، وبالنسبة لشحنات النقاط ، يشير المجال الكهربائي إلى نصف قطري بعيدًا عن الشحنة الموجبة ونحو شحنة سالبة.

يتم إنشاء الحقل المغناطيسي عن طريق تحميل الشحنات، أي التيار الكهربائي، ويمكن تعريف الحث المغناطيسي، B، بنفس الطريقة الأساسية للشحنة الكهربائية E وبطريقة تتناسب مع قوة كل وحدة قوة قطب، عندما يتم تقريب القطب المغناطيسي الاختباري بالقرب من مصدر مغناطيسي. ومع ذلك، يتم تعريفها في الغالب بواسطة معادلة لورنتز للقوة، وتنص هذه المعادلة على أن القوة التي تتأثر بها الشحنة q أثناء حركتها بسرعة v تعطى بواسطة

F = q (vxB)

في هذه المعادلة، تشير الأحرف العريضة إلى المتجهات (الكميات التي لها حجم واتجاه)، والحروف غير العريضة تشير إلى الكميات القياسية مثل B، طول المتجه B، ويشير x إلى المنتج المتقاطع (أي متجه بزاوية قائمة لكل من v و B، مع طول vB sin).

الثيتا هو الزاوية بين الأطوال المتجهة v و B ، وعلى الرغم من أن B عادة ما يشير إلى المجال المغناطيسي (والاسم H محجوز لكمية أخرى تستخدم في دراسة المجال المغناطيسي.

المجال في شكل أسطواني حول التيار، ويعتمد شعور المجال على اتجاه التيار الذي يتم تعريفه على أنه اتجاه حركة الشحنات الموجبة. وتحدد القاعدة اليمنى اتجاه B من خلال الإشارة إلى أنه يشير في اتجاه أصابع اليد اليمنى عندما يشير الإبهام في اتجاه التيار.

في نظام الوحدات الدولي (SI) ، يتم قياس المجال الكهربائي بوحدة فولت لكل متر (V / m) بناء على معدل تغير الجهد ، ويتم قياس المجال المغناطيسي بوحدة تسلا (T) ، وتستخدم النانوتيسلا (nT) كوحدة أصغر ، حيث تعادل نانوتيسلا غاما واحدة ، وهي وحدة المجال المغناطيسي في نظام السنتيمتر-جرام-ثانية.

“ما زال استخدام كل من الغاوس والغاما شائعًا في الأدبيات المتعلقة بالمغناطيسية الأرضية، على الرغم من أنها لم تعد وحدات قياسية.

كما يتم وصف كل من المجالات الكهربائية ، والمغناطيسية بواسطة المتجهات ، والتي يمكن تمثيلها في أنظمة إحداثيات مختلفة ، مثل الديكارتي والقطبي والكروي ، وفي النظام الديكارتي ، يتحول المتجه إلى ثلاثة مكونات تتوافق مع إسقاطات المتجه على ثلاثة محاور متعامدة بشكل متبادل ، والتي عادة ما يتم تسميتها x  y ، z.

وفي الإحداثيات القطبية ، يتم وصف المتجه عادةً بطول المتجه في المستوى x-y ، وزاوية السمت في هذا المستوى بالنسبة إلى المحور x والمكون z الديكارتي الثالث ، وفي الإحداثيات الكروية ، يتم وصف الحقل بطول متجه المجال الإجمالي ، والزاوية القطبية لهذا المتجه من المحور z ، وزاوية السمت لإسقاط المتجه في المستوى x-y ، وفي دراسات المجال المغناطيسي للأرض ، يتم استخدام جميع الأنظمة الثلاثة على نطاق واسع.

ويتم تلخيص التسميات المستخدمة في دراسة المغنطيسية الأرضية ، لمختلف مكونات مجال الناقل في الشكل ، B هو المجال المغناطيسي المتجه ، و F هو حجم أو طول B،  X ، Y ، و Z هي المكونات الديكارتيية الثلاثة للحقل ، وعادة ما يتم قياسها فيما يتعلق بنظام الإحداثيات الجغرافية ، X باتجاه الشمال ، و Y باتجاه الشرق ، وبإكمال نظام اليد اليمنى ، تكون Z عموديًا لأسفل باتجاه مركز الأرض.

يسمى حجم المجال المسقط في المستوى الأفقي H، ويجعل هذا الإسقاط زاوية D (للانحراف) قياس إيجابي من الشمال إلى الشرق، وزاوية الانحدار I (للميل) هي الزاوية التي يصنعها ناقل المجال الكلي بالنسبة للمستوى الأفقي، وهي إيجابية للمتجهات أسفل المستوى، وهي تكملة للزاوية القطبية المعتادة للإحداثيات الكروية، حيث يتزامن الشمال الجغرافي والمغناطيسي على طول (الخط الحاد)، وتعرض مكونات ناقل الحث المغناطيسي B في ثلاثة أنظمة إحداثيات: ديكارتية، قطبية، وكروية.

قياس المجال المغناطيسي الأرضي

يمكن قياس المجالات المغناطيسية بطرق مختلفة ، فتتضمن أبسط تقنية قياس لا تزال تستخدم اليوم استخدام البوصلة ، وهي جهاز يتكون من إبرة ممغنطة بشكل دائم ومتوازنة مع الدوران في المستوى الأفقي ، في وجود مجال مغناطيسي وفي غياب الجاذبية ، فإن إبرة ممغنطة تحاذي نفسها تمامًا على طول ناقل المجال المغناطيسي.

عندما تكون متوازنة على محور وجود الجاذبية، تتحرك متوافقة مع إحدى مكونات الحقل. في البوصلة التقليدية، يكون هذا المكون أفقيا، ويمكن للإبرة المغناطيسية أن تكون متوازنة وتدور حول محور أفقي. إذا تم توجيه جهاز القياس، المعروف باسم مقياس الغمر، لأول مرة في اتجاه خط الزوال المغناطيسي المحدد بواسطة البوصلة، فإن الإبرة تتوجه نحو اتجاه الحقل الكلي وتقيس زاوية الميل. وأخيرا، يمكن قياس الحقل الأفقي بواسطة تذبذبات الإبرة في البوصلة، ويمكن إظهار أن فترة التذبذب تعتمد على خصائص الإبرة وقوة الحقل.

تقوم المراصد المغناطيسية بقياس وتسجيل المجال المغناطيسي للأرض باستمرار في العديد من المواقع. وفي نوع معين من المراصد، يتم تعليق الإبر المغناطيسية مع المرايا العاكسة باستخدام ألياف الكوارتز. وتلتقط أشعة الضوء المنعكسة من المرايا على صورة فوتوغرافية سلبية تثبت على أسطوانة دوارة. وتؤدي الاختلافات في المجال المغناطيسي إلى انحرافات مقابلة في السلبية. وتتوافق المقاييس النموذجية لمثل هذه المراصد مع 2-10 نانوتسلاس لكل مليمتر عموديا و20 مليمترا في الساعة أفقيا. وتطلق على هذه السلبية التي تم تطويرها اسم “طباعة سلبية مغناطيسية.

لقد قامت المراصد المغناطيسية بتسجيل هذه البيانات بهذه الطريقة لأكثر من 100 عام، وتم توثيق تلك المعلومات المغناطيسية على أفلام صغيرة وإرسالها إلى مراكز البيانات العالمية، حيث يمكن الوصول إليها للاستخدام العلمي أو العملي. وتشمل استخدامات هذه البيانات إنشاء خرائط مغناطيسية عالمية للملاحة والمسح، وتصحيح البيانات المستخرجة من المسوحات الجوية والبرية والبحرية بشأن الترسبات المعدنية والنفطية، وإجراء الدراسات العلمية حول تفاعل الشمس مع الأرض.

في السنوات الأخيرة، تم إثبات أن هناك طرقا أخرى أكثر ملاءمة لقياس المجالات المغناطيسية، وتم استبدال التقنيات القديمة تدريجيا. إحدى هذه الطرق تستخدم مقياس المغناطيسية الذي يتم تطبيقه على البروتونات، ويستخدم الخصائص المغناطيسية والدورانية للبروتونات في سائل مثل البنزين. في هذه الطريقة، يتم تحقيق توازن اللحظات المغناطيسية للبروتونات أولا باستخدام مجال مغناطيسي قوي تولده ملف خارجي، ثم يتم إيقاف تشغيل المجال المغناطيسي فجأة، وتحاول البروتونات محاذاة نفسها مع مجال الأرض. ومع ذلك، بسبب دوران البروتونات وتأثرها بالمجال المغناطيسي، تسبق البروتونات المحيط الأرضي بتردد يعتمد على حجم الأخدود.

ويستشعر الملف الخارجي جهدًا ضعيفًا ناتجًا عن هذا الدوران ، يتم تحديد فترة الدوران إلكترونيًا بدقة كافية لإعطاء حساسية بين 0.1 و 1.0 nanotesla ، كما أن الأداة التي تكمل مقياس المغناطيسية المسبق للبروتونات هي مقياس المغناطيسية لبوابة التدفق على النقيض من مقياس المغنطيسية ، فإن جهاز بوابة التدفق يقيس المكونات الثلاثة لمتجه المجال بدلاً من حجمه.

ويستخدم ثلاثة أجهزة استشعار ، كل منها محاذاة مع أحد المكونات الثلاثة لناقلات المجال ، يتم إنشاء كل مستشعر من جرح محول حول قلب مادة عالية النفاذية (على سبيل المثال ، mu-metal) ، يتم إثارة اللف الأساسي للمحول بموجة جيبية عالية التردد (حوالي 5 كيلو هرتز) ، في حالة عدم وجود أي مجال على طول محور المحول ، تتكون إشارة الخرج في اللفة الثانوية من التوافقيات الفردية (ترددات المكونات) لتردد القيادة.

ومع ذلك ، إذا كان المجال موجودًا ، فإنه يحيز حلقة التباطؤ للجوهر في اتجاه واحد ، هذا يتسبب في تشبع النواة في وقت أقرب في نصف دورة القيادة من النصف الآخر ، وهذا بدوره يجعل الجهد الثانوي يشمل جميع التوافقيات وكذلك الفردية ، يتناسب اتساع وطور التوافقيات الزوجية خطياً مع مكون المجال على طول محور المحول.

تحتوي معظم المراصد المغناطيسية الحديثة على مقياس مغناطيسي سابق للبروتون، ومقياس مغناطيسي ذو بوابة تدفق يتم تثبيته على أعمدة من الجرانيت في غرف غير مغناطيسية، ويتم التحكم في درجة حرارتها.

وتعتبر إشارات كهربائية المخرجات من الأجهزة، وترقم وتسجل على وسائط مغناطيسية، ويتم نقل بيانات العديد من المراصد بعد فترة قصيرة من اكتسابها إلى المرافق المركزية، حيث يتم تخزينها مع البيانات من مواقع أخرى في قاعدة بيانات كمبيوتر ضخمة، وعادة ما يتم قياس المغناطيسية في مواقع بعيدة عن المراصد الثابتة.

عادة ما تتم هذه القياسات كجزء من مسح يهدف إلى تحديد المناطق الرئيسية على الأرض بشكل أفضل، أو لاكتشاف الحالات غير العادية فيها، وتجرى هذه الاستطلاعات بشكل منتظم سواء عن طريق المشي أو عبر السفن أو الطائرات أو الأقمار الصناعية، وبالنسبة للاستطلاعات القريبة من سطح الأرض، يستخدم مقياس المغناطيسية المسبق تقريبا؛ لأنه لا يحتاج إلى محاذاة دقيقة.

حيث ينخفض ​​الحقل الرئيسي فوق سطح الأرض بسرعة ، وتكون الحاجة إلى المحاذاة الدقيقة أقل حدة ، وبالتالي تُستخدم أجهزة قياس المغنطيسية لبوابة التدفق بشكل عام في المركبات الفضائية ، يتطلب حساب مكونات مجال الناقل في نظام إحداثيات ثابت فيما يتعلق بالأرض معرفة موقع واتجاه المركبة الفضائية.

خصائص المجال المغناطيسي للأرض

فيما يتعلق بالتقريب الأول، يشبه المجال المغناطيسي المشاهد على سطح الأرض المجال المغناطيسي المحوري لدوران الكوكب. يوضح الشكل هذا المجال بواسطة مغناطيس قضيبي يكون في مركز الكرة. وإذا افترضنا أن المجال يمثل الأرض، مع القطب الجغرافي الشمالي في الجزء العلوي من الرسم البياني، يجب أن يتجه المغناطيس باتجاه القطب المغناطيسي الشمالي نحو القطب الجغرافي الجنوبي. ثم، كما هو موضح في الرسم التخطيطي، تترك خطوط المجال المغناطيسي القطب الشمالي للمغناطيس وتنحني حولها حتى تعبر خط الاستواء الجغرافي في الشمال.

ولا يزالان ينحنيان أكثر في دخول الأرض في خطوط العرض الشمالية ، ويعودان أخيرًا إلى القطب الجنوبي للمغناطيس ، وفي الوقت الحالي ، يتوافق القطب الجغرافي الشمالي مع القطب الجنوبي ، لمغناطيس القضيب المكافئ لكن هذه ليست دائما الحالة ، ففي العديد من المرات في تاريخ الأرض ، أشار اتجاه المغناطيس المكافئ في الاتجاه المعاكس.

مجال ثنائي القطب

الخطوط المغناطيسية الموضحة على شكل شريط المغناطيس ليست كيانات حقيقية، على الرغم من أنها تستخدم بشكل متكرر بهذه الطريقة. فالمجال المغناطيسي هو وظيفة مستمرة موجودة في كل نقطة في الفضاء. ويعتبر الخط المغناطيسي ببساطة وسيلة لتصور اتجاه هذا المجال، ويتم تعريفه على أنه منحنى ثلاثي الأبعاد يمتد في كل مكان ويمس المجال المغناطيسي المحل.

يطلق على النمط الذي يتكون منه المجال الذي ينشأ بواسطة مغناطيس شريطي ذو قطبين متناقضين “نمط خطوط المجال.” يشبه هذا النمط شكل المجال الكهربائي الناتج عن تواجد شحنتين متناقضتين، حيث تكون هناك قليلا من الانفصال بين القطبين. يتم إنتاج هذا النمط بواسطة مغناطيس شريطي في وسطه، وليس بواسطة مجال ثنائي القطب من الأرض. وبالطبع، سيتم مناقشة هذا لاحقا، حيث يتم إنتاجه بواسطة تيارات كهربائية داخل نواة الأرض السائلة. ولإنتاج الحقل الحالي، يجب أن يكون التيار المكافئ في شكل حلقة استوائية باتجاه الغرب، كما هو موضح في شريط المغناطيس.

يبلغ عزم ثنائي القطب μ للأرض في وحدات SI 7.95 × 10²² أمبير / م² (أمبير لكل متر مربع)، ونظرًا لأن μ = IA (منطقة الأوقات الحالية)، فإن الحلقة بحجم النواة السائلة (Rc = 3.48 × 10⁶ م) تحتاج إلى تيار مكافئ يبلغ تقريبًا2 × 10⁹ أمبير.

والمجال المغناطيسي لقطب ثنائي القطب عمودي على طول المحور القطبي ، والأفقي على طول خط الاستواء ، كما يمكن رؤيته من شكل شريط المغناطيس ، وتؤدي هذه الخصائص إلى تعريفات خط الاستواء والقطب في مجال الأرض الأكثر تعقيدًا ، وهكذا ، يتم تعريف خط الاستواء المغنطيسي الأرضي على أنه الخط المحيط بسطح الأرض حيث يكون المجال الفعلي أفقيًا.

وبالمثل ، فإن أقطاب الانحدار المغناطيسي ، هي النقطتان اللتان يكون فيهما المجال رأسيًا ، وإذا تم تمديد الملاحظات فوق أو تحت السطح ، فإن موقع خط الاستواء يكون سطحًا (مستويًا لقطب ثنائي القطب) وتقع الأعمدة على طول المنحنيات ، وعلى مسافة معينة في حقل ثنائي القطب النقي ، يكون المجال القطبي دائمًا ضعف المجال الاستوائي.

هذا ينطبق تقريبا على الأرض، حيث يظهر خريطة توضح حجم المجال الكلي الثابت وفقا لنموذج 1980 المستند إلى إسقاط مركاتور الجغرافي. توجد أكبر الحقول في نقطتين على نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي وقرب القطبين المغناطيسيين. ويتواجد أضعف المجال على طول خط الاستواء المغناطيسي، مع القيمة الأقل على ساحل المحيط الأطلسي في أمريكا الجنوبية.

تكشف العديد من الحقائق حول حقل المغناطيسية الأرضية من الخريطة الشاملة للحقل. أولا: لا يتوافق محور ثنائي القطب تقريبا مع محور الدوران، حيث تقع القطبين الجغرافيين تقريبا في شمال كندا وعلى ساحل القارة القطبية الجنوبية بدلا من القطبين الجغرافيين. وهذا يعني أن ثنائي القطب يميل بعيدا عن محور الدوران في خط طول جغرافي يمتد عبر شرق الولايات المتحدة. والميل الدقيق لأفضل ثنائي القطب هو 11 درجة بعيدا عن القطب الشمالي الجغرافي باتجاه أمريكا الشمالية عند خط طول 71 درجة غربا من غرينتش. وتشير الخريطة الشاملة أيضا إلى أن حقل المغناطيسية ليس متمركزا تماما في الأرض، فإذا كان الأمر كذلك، يجب أن تكون شدة المجال مستقرة تقريبا على طول خط الاستواء.

في الدراسات المتعلقة بمجال الأرض، يتم عادة وصف حقل الناقل الرياضي على سطح كرة معقدة للغاية عن طريق التوسعات متعددة الأقطاب. يفترض أن الحقل يتكون من تراكب حقول سلسلة من الأعمدة الموجودة في مركز الأرض. يشير المصطلح الأول في هذا التوسع إلى القطب الوحيد المتطابق مع قطب واحد فقط من المغناطيس. ونظرا لعدم وجود احتكار مغناطيسي، فإن هذا المصطلح غير مستخدم. والمصطلح التالي هو ثنائي القطب، ثم الرباعي، وهكذا. عند وصف حقل الأرض بهذه الطريقة، يكشف أن ثنائي القطب يمثل أكثر من 90 في المائة من الحقل. وإذا تم استبعاد مساهمة ثنائي القطب المركزي من الحقل المرصود، يطلق على المجال المتبقي غير ثنائي القطب، أو الشذوذ المغنطيسي الأرضي الإقليم.

المجال المغناطيسي الخارجي

يتم عرض التشكيل الفعلي للمجال المغناطيسي الخارجي للأرض، كما تم تحديده مؤخرا من خلال البيانات المنقولة من المركبة الفضائية التي تتبع خطوط المجال المغناطيسي، وذلك عندما يكون الشمس في منتصف الليل بالتوقيت المحلي للمنطقة وفي وقت قريب من الاعتدال. في هذا الوقت، يكون محور دوران الأرض متعامدا على خط الاستواء والشمس، ويتم إمالة القطبين الشمالي والجنوبي للأرض بزاوية تصل إلى 11 درجة، اعتمادا على الوقت من اليوم. وعلى الجانب المقابل للأرض، ينتهي المجال المغناطيسي للكوكب عند مسافة تقدر بحوالي 10 مرات نصف قطر الأرض الاستوائي، والذي يبلغ حوالي 6،378 كيلومترا.

تسمى الحدود الموجودة في هذه النقطة الانفصال المغناطيسي (انقطاع في المجال المغناطيسي). هناك حدود خارجية للحقول المغناطيسية والجسيمات، ولكنها تنتمي إلى الغلاف الجوي للشمس وليس إلى الأرض. في الجانب الليلي، يتم رسم المجال المغناطيسي في ذيل طويل يتكون من جزئين منفصلين بواسطة ورقة بلازما سمكها 14 جزيئة، وتحتوي هذه الورقة على حدود داخلية تبعد حوالي 11 وحدة خلف الأرض.

كما أن لديها حدودًا أعلى وأدنى كما هو موضح ، إن إسقاط هذه الحدود على الأجزاء الشمالية والجنوبية من الغلاف الجوي عند خط عرض مغناطيسي حوالي 67 درجة ، يتوافق مع منطقتين تسمى البيضاوي الشفقي الليلي ، تظهر الشفق القطبي والشفق القطبي (الأضواء الشمالية والأضواء الجنوبية) داخل المناطق التي تحددها أقدام هذه الخطوط الميدانية وتحدث بسبب قصف الغلاف الجوي بواسطة الجسيمات المشحونة النشطة.

على جانب اليوم ، تنقسم خطوط المجال المغناطيسي من خطوط العرض العالية ، يعبر بعضها خط الاستواء بينما يعبر البعض الآخر الأغطية القطبية ، تسمى المناطق التي تنقسم فيها خطوط الحقل الحدبات القطبية ، إن إسقاط الحدبات القطبية على الغلاف الجوي عند خط عرض مغناطيسي يبلغ 72 درجة تقريبًا يخلق الأشكال البيضاوية الشفقية على مدار اليوم ، يمكن رؤية الشفق القطبي في هذه المناطق في ساعات الشتاء المظلمة ، لكنها أضعف بكثير من تلك الموجودة على جانب الليل لأن الجسيمات التي تنتجها لديها طاقة أقل بكثير ، إن إسقاط فصين الذيل المغناطيسي على الغلاف الجوي هي القبعات القطبية.

في وسط مجال الأرض، هناك العديد من الحدود والمناطق الهامة الأخرى التي لا يمكن اكتشافها من خلال رصد المجال المغناطيسي بالقرب من الأرض. يوجد حزام إشعاع فان ألن الداخلي، والذي يتكون من جزيئات نشطة للغاية تم إنشاؤها بواسطة الأشعة الكونية. كما يتمركز حزام فان ألن الخارجي حوالي 4-5 Re، والذي تم إنشاؤه من جزيئات مشحونة من أصل شمسي وجوي. أيضا على هذه المسافة، يوجد البلازما، وهي حدود في بلازما الأرض (غاز بارد نسبيا يتكون من أعداد متساوية من الإلكترونات والأيونات الموجبة). وبالتالي، يشكل هذا حدا في المجال الكهربائي للكوك.