地球磁层概念是英国数学家暨地球物理学家S.查普曼（Sydney Chapman）在20世纪30年代提出的。从太阳出来的带电粒子流（即太阳风）与地球磁场相互作用，在地球周围形成太阳风带电粒子包围的地球磁场控制区域称为磁层。20世纪50—60年代，科学家从理论上和人造卫星探测证实了太阳风和磁层。
太阳风的动压把地球磁力线往背太阳方向推斥，使磁层形成复杂结构（见图5-20）。太阳风带电粒子流与地磁的交界面是磁层的外边界，称为磁层顶。磁层顶的位置和形状主要由太阳风动压和地球磁场磁压平衡来决定：宁静太阳风时，磁层顶在朝太阳侧离地心约10 R⊕；太阳活动剧烈时，磁层顶在朝太阳侧离地心5～7 R⊕。在背太阳方向，磁层顶呈筒状的延展几百R⊕的磁尾，其截面半径约20 R⊕。
图5-20 地球磁层子午截面（左）与地球磁层的电流体系（右）(www.xing528.com)
太阳风粒子流受磁层阻碍，如航船前方的水波那样，在磁层顶上游形成弓形（船首）激波面，它离地心约14 R⊕。弓形激波面与磁层顶之间的过渡区称为磁鞘。在磁尾中央，被拉伸的反向磁力线之间存在等离子体中性片。地球磁场和磁层随地球自转，带电粒子与磁场相对运动而形成大的电流体系：磁层顶电流、中性片电流、环电流、场（磁力线方向）电流。这些电流成为地球外部磁场的源，太阳活动剧烈时，强太阳风扰动磁层电流系统而造成地磁磁扰。
极光是近地磁极区高层大气出现的彩色发光现象（见图5-21）。我国北方可见北极光。早在两千多年前就有关于极光的陆续记载。极光多出现在地磁纬度为65°～70°范围的“极光椭圆带”，发光区离地面约100 km或更高，常呈黄绿色、偶有红色等的变幻光带或光弧。极光是沿磁力线沉降的高能带电粒子（主要是电子）激发大气原子和分子而发光。极光与（磁）场向电流有密切联系。
图5-21 北极光（彩图见附录B）
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