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.

والمجال المغناطيسي الأرضي ، هو في المقام الأول ثنائي القطب ، أي أنه يحتوي على قطبين ، القطب المغناطيسي الأرضي الشمالي والجنوبي ، على سطح الأرض ، وبعيدًا عن السطح يصبح ثنائي القطب مشوها.

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.

وبشكل عام ، تُفقد النظرية المغناطيسية الحديدية ونظريات الدوران المغناطيسية الحديدية ، لأن نقطة كوري (درجة الحرارة التي يتم فيها تدمير المغناطيسية الحديدية) ، تصل إلى 20 كيلومترًا ، أو نحو ذلك تقريبًا (حوالي 12 ميلًا) تحت السطح ، ونظريات الدوران لأنه لا توجد علاقة أساسية على ما يبدو بين الكتلة في الحركة ، والمجال المغناطيسي المرتبط بها.

ويهتم معظم علماء المغنطيسية الأرضية بنظريات دينامو مختلفة ، حيث يتسبب مصدر الطاقة في قلب الأرض في مجال مغناطيسي قائم بذاته. [1]

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.

ويعتبر الدينامو المغنطيسي الأرضي أهم مصدر ، لأنه بدون المجال الذي يخلقه ، لن تكون المصادر الأخرى موجودة ، ليس بعيدًا عن سطح الأرض يصبح تأثير المصادر الأخرى قويًا ، أو أقوى من تأثير الدينامو المغنطيسي الأرضي.

يخضع المجال المغناطيسي للأرض للتغيير على جميع النطاقات الزمنية ، كل من المصادر الرئيسية لما يسمى المجال الثابت يخضع للتغييرات التي تنتج اختلافات عابرة ، أو اضطرابات ، ويحتوي المجال الرئيسي على اثنين من الاضطرابات الرئيسية هما : 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 نمو الحلقة الحلقية بظاهرة ثانية ، وهي العاصفة المغنطيسية الفرعية ، والتي تظهر بشكل أوضح في الشفق القطبي ، وهناك نوع مختلف تمامًا من الاختلاف المغناطيسي الناجم عن موجات مغناطيسية هيدروديناميكية (MHD) ، هذه الموجات هي اختلافات جيبية في المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، التي تقترن بالتغيرات في كثافة الجسيمات ، كما إنها الوسيلة التي يتم من خلالها نقل المعلومات ، حول التغيرات في التيارات الكهربائية ، سواء داخل قلب الأرض أو في البيئة المحيطة بالجسيمات المشحونة.[2]

رصد المجال المغناطيسي للأرض

توضيح المجال

المغناطيسي الأرضي

يتم إنتاج الحقول الكهربائية والمغناطيسية بواسطة خاصية أساسية للمادة ، الشحنة الكهربائية ، ويتم إنشاء الحقول الكهربائية من خلال الشحنات في حالة الراحة بالنسبة إلى المراقب ، في حين يتم إنتاج الحقول المغناطيسية 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.

ويتم إنشاء المجال المغناطيسي عن طريق شحن الشحنات ، أي التيار الكهربائي ، ويمكن تعريف الحث المغناطيسي ، B ، بطريقة مماثلة لـ E على نحو يتناسب مع القوة لكل وحدة قوة القطب ، عندما يتم تقريب القطب المغناطيسي للاختبار بالقرب من مصدر ممغنط ، ومع ذلك ، فمن الأكثر شيوعًا تعريفه بواسطة معادلة قوة لورنتز ، وتنص هذه المعادلة على أن القوة التي شعرت بها شحنة q ، تتحرك بسرعة v ، تُعطى بواسطة

F = q (vxB)

وفي هذه المعادلة ، تشير الأحرف الغامقة إلى المتجهات (الكميات التي لها كل من الحجم والاتجاه) ، والحروف غير العريضة تشير إلى كميات قياسية مثل B ، طول المتجه B ، ويشير x إلى منتج متقاطع (أي متجه بزاوية قائمة لكلا v و B ، مع طول vB sin).

Theta هي الزاوية بين المتجهات v و B ، (يُطلق على B عادةً المجال المغناطيسي على الرغم من أن هذا الاسم محجوز للكمية H ، والتي تُستخدم أيضًا في دراسات المجالات المغناطيسية(.

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

وفي النظام الدولي للوحدات (SI) يتم قياس المجال الكهربائي ، من حيث معدل تغير الجهد ، فولت لكل متر (V / m) ، ويتم قياس المجالات المغناطيسية بوحدات تسلا (T) ، تسلا هي وحدة كبيرة للرصد الجيوفيزيائي ، وعادة ما تستخدم وحدة أصغر ، النانوتيسلا (nT ، واحدة نانوتيسلا تساوي 10−9 تسلا) ، النانوتيسلا تعادل غاما واحدة ، وحدة تم تعريفها في الأصل على أنها 10 × 5 غاوس ، وهي وحدة المجال المغناطيسي في نظام السنتيمتر- جرام- ثانية.

لا يزال كل من غاوس وغاما يستخدمان بشكل متكرر 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.

ويسمى حجم المجال المسقط في المستوى الأفقي H ، ويجعل هذا الإسقاط زاوية D (للانحراف) قياس إيجابية من الشمال إلى الشرق ، وزاوية الانحدار ، I (للميل) ، هي الزاوية التي يصنعها ناقل المجال الكلي فيما يتعلق بالمستوى الأفقي ، وهي موجبة للمتجهات أسفل المستوى ، إنه تكملة الزاوية القطبية المعتادة للإحداثيات الكروية ، حيث يتزامن الشمال الجغرافي والمغناطيسي على طول (الخط الحاد) ، ويتم عرض 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.

وعندما تكون متوازنة على محور في وجود الجاذبية ، فإنها تتماشى مع أحد مكونات المجال ، في البوصلة التقليدية ، هذا هو المكون الأفقي ، ويمكن أيضًا أن تكون الإبرة الممغنطة محورية ومتوازنة حول محور أفقي ، إذا تم محاذاة هذا الجهاز ، المسمى مقياس الغمر ، لأول مرة في اتجاه خط الزوال المغناطيسي كما هو محدد بواسطة البوصلة ، فإن الإبرة تصطف مع متجه المجال الكلي وتقيس زاوية الميل ، وأخيرًا ، من الممكن قياس المقدار المجال الأفقي بواسطة تذبذبات إبرة البوصلة ، ويمكن إظهار أن فترة التذبذب تعتمد على خصائص الإبرة وقوة المجال.

وتقوم المراصد المغناطيسية باستمرار بقياس ، وتسجيل المجال المغناطيسي للأرض في عدد من المواقع ، وفي مرصد من هذا النوع ، يتم تعليق الإبر الممغنطة مع المرايا العاكسة بألياف الكوارتز ، ويتم تصوير أشعة الضوء المنعكسة من المرايا على صورة فوتوغرافية سلبية مثبتة على أسطوانة دوارة ، تؤدي الاختلافات في المجال إلى انحرافات مقابلة في السلبية ، كما تتوافق عوامل المقياس النموذجية لمثل هذه المراصد مع 2-10 نانلسلاس لكل مليمتر عموديًا ، و 20 مليمترًا في الساعة أفقيًا ، وتسمى طباعة السلبية السلبية التي تم تطويرها رسمًا مغناطيسيًا.

وقد سجلت المراصد المغناطيسية البيانات بهذه الطريقة لأكثر من 100 عام ، ويتم تصوير مخططاتهم المغناطيسية على الميكروفيلم وإرسالها إلى مراكز البيانات العالمية ، حيث تكون متاحة للاستخدام العلمي أو العملي ، وتشمل هذه التطبيقات إنشاء خرائط مغناطيسية عالمية للملاحة والمسح ، وتصحيح البيانات التي تم الحصول عليها في المسوحات الجوية ، والبرية ، والبحرية للرواسب المعدنية والنفطية ، والدراسات العلمية لتفاعل الشمس مع الأرض.

وفي السنوات الأخيرة ، أثبتت طرق أخرى لقياس المجالات المغناطيسية أنها أكثر ملاءمة ، ويتم استبدال الأدوات القديمة تدريجيًا ، وتشتمل إحدى هذه الطرق على مقياس المغنطيسية الذي يسبق البروتون ، والذي يستخدم الخصائص المغناطيسية ، والجيروسكوبية للبروتونات في سائل مثل البنزين ، وفي هذه الطريقة ، تتم محاذاة اللحظات المغناطيسية للبروتونات أولاً بواسطة مجال مغناطيسي قوي ، وينتج بواسطة ملف خارجي ، ويتم بعد ذلك إيقاف تشغيل المجال المغناطيسي فجأة ، وتحاول البروتونات محاذاة نفسها مع مجال الأرض ، ومع ذلك ، بما أن البروتونات تدور وممغنطة ، فإنها تسبق محيط الأرض بتردد يعتمد على حجم الأخير.

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 كل من مقياس مغناطيسي سابق للبروتون ، ومقياس مغناطيسي ذو بوابة تدفق مثبت على أعمدة من الجرانيت في غرف غير مغناطيسية ، ويتم التحكم في درجة حرارتها.

والمخرجات من الأجهزة هي إشارات كهربائية ، ويتم ترقيمها وتسجيلها على وسائط مغناطيسية ، كما ينقل العديد من المراصد بياناتهم بعد فترة وجيزة من اكتسابها إلى المرافق المركزية ، حيث يتم تخزينها مع البيانات من مواقع أخرى في قاعدة بيانات كمبيوتر كبيرة ، غالبًا ما يتم إجراء القياسات المغناطيسية في مواقع بعيدة عن المراصد الثابتة.

وعادةً ما تكون هذه القياسات جزءًا من مسح مصمم لتحديد المجال الرئيسي للأرض بشكل أفضل ، أو للكشف عن الحالات الشاذة فيه ، ويتم إجراء الاستطلاعات من هذا النوع بشكل روتيني سيرًا على الأقدام ، والسفينة والطائرات والمركبات الفضائية ، وبالنسبة للمسوحات القريبة من سطح الأرض ، يُستخدم مقياس المغنطيسية ذي البروتون المسبق تقريبًا 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.[3]

خصائص المجال المغناطيسي للأرض

بالنسبة للتقريب الأول ، فإن المجال المغناطيسي الذي تمت ملاحظته على سطح الأرض ، يشبه مجال المغناطيس المحاذاة لمحور دوران الكوكب ، يوضح الشكل مثل هذا المجال لمغناطيس بار يقع في مركز الكرة ، وإذا تم أخذ المجال ليكون الأرض مع القطب الجغرافي الشمالي في الجزء العلوي من الرسم البياني ، فيجب توجيه المغناطيس مع القطب المغناطيسي الشمالي لأسفل نحو القطب الجغرافي الجنوبي ، ثم كما هو موضح في الرسم التخطيطي ، تترك خطوط المجال المغناطيسي القطب الشمالي للمغناطيس ، وتنحني حولها حتى تعبر خط الاستواء للأرض مشيرة جغرافيًا شمالًا.

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

خطوط المجال المغناطيسي الموضحة في شكل شريط المغناطيس ليست كيانات حقيقية ، على الرغم من أنها تُعامل بشكل متكرر على هذا النحو ، والمجال المغناطيسي هو وظيفة مستمرة موجودة في كل نقطة في الفضاء. خط المجال هو ببساطة وسيلة لتصور اتجاه هذا المجال ، ويتم تعريفه على أنه منحنى في ثلاثة أبعاد والتي تكون في كل مكان مماسة للمجال المغناطيسي المحلي.

ويسمى نمط خطوط المجال التي تم إنشاؤها بواسطة مغناطيس بار بحقل ثنائي القطب ، لأنه له نفس شكل المجال الكهربائي الناتج عن شحنتين (ثنائيتين) ، منفصلتين قليلاً (أقطاب) للعلامة المعاكسة ، لا ينتج حقل ثنائي القطب من الأرض ، بالطبع بواسطة مغناطيس بار في مركزه ، كما سيتم مناقشته لاحقًا ، يتم إنتاجه بدلاً من ذلك بواسطة التيارات الكهربائية داخل قلب الأرض السائل ، لإنتاج الحقل الحالي ، يجب أن يكون التيار المكافئ حلقة استوائية غربًا ، كما هو موضح في شكل شريط المغناطيس.

وفي وحدات SI ، يبلغ عزم ثنائي القطب μ ، للأرض 7.95 × 1022 أمبير / م 2 (أمبير لكل متر مربع) ، نظرًا لأن μ = IA (منطقة الأوقات الحالية) ، فإن حلقة بحجم النواة السائلة (Rc = 3.48 × 106 م) تتطلب تيارًا مكافئًا يبلغ تقريبًا 2 × 109 أ.

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.

وهذا ينطبق تقريبًا على مجال الأرض ، في خريطة تُظهر معالم حجم المجال الإجمالي الثابت وفقًا لنموذج 1980 المرسوم على إسقاط مركاتور الجغرافي ، وقعت أكبر الحقول عند نقطتين في نصفي الكرة الأرضية الشمالي والجنوبي غير بعيدين عن القطبين المغنطيسيين ، وقع أضعف مجال على طول خط الاستواء المغناطيسي ، مع ملاحظة أقل قيمة على ساحل المحيط الأطلسي في أمريكا الجنوبية.

وتظهر عدة حقائق حول حقل الأرض من خريطة الحقل الإجمالية ، أولاً: لا يتماشى ثنائي القطب تقريبًا مع محور الدوران ، حيث تقع أقطاب ثنائي القطب تقريبًا في شمال كندا وعلى ساحل القارة القطبية الجنوبية بدلاً من القطبين الجغرافيين ، وهذا يعني أن ثنائي القطب مائل بعيدًا عن محور الدوران في خط الطول الجغرافي الذي يمر عبر شرق الولايات المتحدة ، والميل الدقيق لأفضل ثنائي القطب هو 11 درجة بعيدًا عن القطب الشمالي الجغرافي باتجاه أمريكا الشمالية عند خط الطول 71 درجة غربًا من غرينتش ، كما تشير خريطة الحقل الإجمالية أيضًا إلى أن الحقل ليس متمركزًا تمامًا في الأرض ، لأنه إذا كان كذلك ، فيجب أن تكون شدة المجال ثابتة تقريبًا على طول خط الاستواء.

إن الوصف الرياضي لحقل ناقل على سطح كرة معقد للغاية ، وفي دراسات مجال الأرض ، يتم ذلك عادةً عن طريق التوسعات متعددة الأقطاب ، ويُفترض أن الحقل مصنوع من تراكب الحقول من سلسلة من الأعمدة الموجودة في مركز الأرض ، أما القطب الأول في هذا التوسع هو القطب الوحيد المطابق لقطب واحد فقط من المغناطيس ، ونظرًا لعدم ملاحظة أي احتكار مغناطيسي ، لا يتم استخدام هذا المصطلح ، والمصطلح التالي هو ثنائي القطب ، ثم الرباعي ، وهكذا عندما يتم وصف حقل الأرض بهذه الطريقة ، يتبين أن مصطلح ثنائي القطب يمثل أكثر من 90 في المائة من الحقل ، وإذا تم طرح المساهمة من ثنائي القطب المركزي من الحقل المرصود ، يُسمى المتبقي المجال غير ثنائي القطب ، أو الشذوذ المغنطيسي الأرضي الإقليمي.[4]

المجال المغناطيسي الخارجي

يظهر التكوين الفعلي للمجال المغناطيسي الخارجي للأرض ، كما تم تحديده مؤخرًا بواسطة المركبة الفضائية إسقاطات لخطوط المجال المغناطيسي ، في خط الطول ظهراً ومنتصف الليل في وقت قريب من الاعتدال ، وفي هذا الوقت ، يكون محور دوران الأرض متعامدًا مع خط الأرض والشمس ، وسيتم إمالة محور ثنائي القطب آخر زائد أو ناقص 11 درجة ، اعتمادًا على الوقت من اليوم ، على جانب الأرض من الأرض ، ينتهي المجال المغناطيسي للكوكب على مسافة حوالي 10 Re (حيث Re هو نصف قطر الأرض الاستوائي الذي يبلغ حوالي 6،378 كيلومترًا).

وتسمى الحدود الموجودة عند هذه النقطة المغناطيسي انقطاع (كسر في المجال المغناطيسي) ، توجد خارج هذه الحقول والجسيمات المغناطيسية الحدودية ، لكنها تنتمي إلى الغلاف الجوي للشمس وليس إلى الأرض ، على الجانب الليلي ، يتم رسم المجال المغناطيسي في ذيل طويل يتكون من فصين مفصولين بصفيحة ذات سماكة 14 جزيئات تسمى ورقة البلازما ، ورقة البلازما لها حدود داخلية حوالي 11 إعادة 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.

ويوجد في وسط مجال الأرض العديد من الحدود والمناطق الهامة الأخرى ، التي لا يمكن اكتشافها من خلال رصدات المجال المغناطيسي ، بالقرب من الأرض ، وهو حزام إشعاع فان ألن الداخلي ، والذي يتكون من جزيئات نشطة للغاية تم إنشاؤها بواسطة الأشعة الكونية ، يتمركز حزام Van Allen الخارجي حوالي 4-5 Re ، الذي تم إنشاؤه من جزيئات مشحونة من أصل شمسي وجوي ، أيضا على هذه المسافة هو البلازما ، وهذه حدود في بلازما الأرض ، (غاز بارد نسبيًا يتكون من أعداد متساوية من الإلكترونات والأيونات الموجبة) ، وبالتالي يشكل في الواقع حدًا في المجال الكهربائي للكوكب.