Как известно, при газодинамическом расширении солнечной короны формируется солнечный ветер, который представляет собой непрерывный поток плазмы, состоящей в основном из протонов и электронов, разлетающейся радиально от Солнца в межпланетное пространство. Магнитосфера нашей планеты является непреодолимым препятствием для солнечного ветра, точнее – почти непреодолимым.

Дело в том что, встречая солнечный ветер, собственное магнитное поле планеты задерживает на дневной границе основную массу заряжённых частиц, обладающих большой кинетической энергией. Но последний, сталкиваясь с геомагнитным полем, огибает его, формируя магнитосферу, подобную полости кометы. Силовые линии магнитного поля планеты поджаты давлением солнечного ветра на дневной стороне и замкнуты. В окресностях же лобовой точки на магнитопаузе силовые линии межпланетного магнитного поля (ММП) могут соединяться с силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей. Этот процесс, называемый магнитным присоединением, эффективен, когда ММП ориентировано на юг, антипараллельно геомагнитному полю. «Присоединённые» силовые линии уносятся солнечным ветром на ночную сторону, уменьшая поток магнитного поля на дневной стороне. При северном направлении ММП силовые линии поля как бы проскальзывают вдоль магнитопаузы, обтекая магнитосферу с флангов. На ночной стороне силовые линии магнитного поля вытягиваются в антисолнечном направлении, образуя хвост длиной в несколько сотен земных радиусов. С дневной же стороны они поджаты солнечным ветром и поэтому магнитосфера здесь имеет толщину всего 8-14 радиусов Земли.

Граница между замкнутыми и разомкнутыми силовыми линиями проецируется в авроральные овалы, области, где наиболее часто наблюдаются полярные сияния.

В своём движении вдоль магнитопаузы поперёк магнитосферы положительные ионы и электроны разделяются, отталкиваясь в разные стороны. Вся магнитосфера представляет, таким образом, гигантский МГД (магнитогидродинамический) генератор, дающий мощность порядка одного миллиона мегаватт. Кинетическая энергия плазмы солнечного ветра в нём в конечном итоге превращается в электрическую энергию. Перепад потенциала поперёк хвоста магнитосферы в направлении утро−вечер составляет 10−100кВ.

Самые внутренние области магнитосферы, до расстояний в несколько земных радиусов, заполнены «холодной» и плотной плазмой, имеющей примерно ионосферные характеристики. Эта плазменная оболочка – плазмосфера – вращается вместе с Землёй. К периферии плазмосферы плотность холодной плазмы падает в десятки и сотни раз.

В стационарном состоянии холодная плазма вне плазмосферы вовлечена в конвективное движение, определяемое электрическим и магнитным полем. Конвекция возвращает магнитный поток с ночной стороны магнитосферы через фланги на дневную сторону.

На обращённой к Солнцу части магнитопаузы существуют две похожие на воронки области, разделяющие силовые линии, замкнутые на дневной стороне и уходящие в хвост магнитосферы. Это области дневных полярных каспов. Каспы проецируются на магнитные широты порядка 70−80 градусов и являются как бы окошками в солнечный ветер. Магнитное поле в этих областях магнитопаузы пренебрежительно мало и частицы плазмы солнечного ветра могут беспрепятственно проникать вдоль силовых линий в ионосферу. Положение и форма каспов определяются текущими параметрами солнечного ветра и общим уровнем возмущённости магнитосферы. В целом, более 90% объёма магнитосферы соединено силовыми линиями магнитного поля с полярной ионосферой, которая расположена на геомагнитных широтах выше 60^о. Именно в высоких широтах, где силовые линии почти перпендикулярны к поверхности Земли, проявляются эффекты высыпаний заряжённых частиц из магнитосферы. Глубина проникновения и процессы торможения зависят, в первую очередь, от энергии частиц. Так электроны с энергиями 10−200 кэв проникают до высот 100−70 км и помимо ионизации верхних слоёв атмосферы возбуждают поток тормозного рентгеновского излучения. Высыпание электронов с энергиями до 10 кэв вызывает ионизацию на высотах, больших 100 км, и сопровождается оптическим излучением возбуждённых атомов и молекул атмосферных газов. Именно это авроральное свечение − полярные сияния, является наиболее красочным проявлением сложных процессов, протекающих на огромных расстояниях от наблюдателя, в магнитосфере Земли.

В магнитосфере образуются и радиационные пояса (см. рисунок 14).

Рис. 14. Структура радиационных поясов Земли (сечение соответствует полуденному меридиану): I — внутренний (протонный) пояс; II — пояс протонов малых энергий; III — внешний (электронный) пояс; IV — зона квазизахвата частиц солнечного ветра.

В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля (силы Лоренца) движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно.

Выделяют внутренние и внешние радиационные пояса. Внутренний имеет максимальную плотность частиц (преимущественно протонов) и расположен над экватором на высоте 3—4 тыс. км, внешний радиационный пояс (электронный) находится на высоте около 22 тыс. км. Радиационные пояса являются источником радиационной опасности при космических полётах. Кроме Земли мощными радиационными поясами обладают планеты Юпитер и Сатурн.

Сегодня одной из основных задач солнечно−земной физики стало предсказание «космической погоды». Термин «космическая погода» относится к условиям на Солнце, в солнечном ветре, магнитосфере, ионосфере, которые могут влиять на космические и наземные технологические системы, и представлять опасность для жизни и здоровья людей. Физические процессы в космосе могут стать причиной неполадок в работе спутников, коммуникационных и навигационных систем, сетей электроснабжения, вычислительных систем. В историю вошла глобальная аврия 13 марта 1987 года, когда индуцированные магнитной бурей токи вывели из строя энергосистему провинции Квебек в Канаде. 11 января 1997 года из-за мощного прорыва плазмы внутрь магнитосферы прекратил работу спутник «Телстар – 401». Повышение потоков заряжённых частиц во внутренних областях магнитосферы несёт опасность радиационного облучения для экипажей обитаемых космических аппаратов и пассажиров высотных самолётов.

В настоящее время разработана программа прогноза космической погоды, которая может служить прекрасным примером взаимодействия науки, индустрии и правительств разных стран мира.