ในทางดาราศาสตร์และวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์แมกเนโตสเฟียร์คือบริเวณอวกาศที่ล้อมรอบวัตถุทางดาราศาสตร์เช่น ดาวเคราะห์หรือวัตถุอื่น ๆ ซึ่งอนุภาคที่มีประจุได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กของ วัตถุนั้น ^{[ 1 ] [ 2 ]}มันถูกสร้างขึ้นโดยวัตถุท้องฟ้า ที่มี ไดนาโมภายในที่ทำงานอยู่

ในสภาพแวดล้อมอวกาศใกล้กับดาวเคราะห์ที่มี สนาม แม่เหล็กแบบไดโพลเช่น โลก เส้นสนามจะมีลักษณะคล้ายไดโพลแม่เหล็ก แบบง่ายๆ ไกลออกไปเส้นสนามอาจบิดเบี้ยวอย่างมากเนื่องจากการไหลของพลาสมาที่นำไฟฟ้าได้ ซึ่งปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ (เช่นลมสุริยะ ) หรือดาวฤกษ์ใกล้เคียง^{[ 3 ] [ 4 ]}ดาวเคราะห์ที่มีสนามแม่เหล็กที่ทำงานอยู่ เช่น โลก สามารถลดทอนหรือปิดกั้นผลกระทบของรังสีจากดวงอาทิตย์หรือรังสีคอสมิกได้^{[ 5 ]}ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคและชั้นบรรยากาศกับสนามแม่เหล็กได้รับการศึกษาภายใต้สาขาวิทยาศาสตร์เฉพาะทาง เช่นฟิสิกส์พลาสมาฟิสิกส์อวกาศและบรรยากาศวิทยา

การศึกษาเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลกเริ่มต้นขึ้นในปี ค.ศ. 1600 เมื่อวิลเลียม กิลเบิร์ต ค้นพบว่าสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวโลกมีลักษณะคล้ายกับ เทอร์ เรลลาซึ่งเป็นทรงกลมขนาดเล็กที่มีสนามแม่เหล็ก ในช่วงทศวรรษ ค.ศ. 1940 วอลเตอร์ เอ็ม. เอลซาสเซอร์ได้เสนอแบบจำลองทฤษฎีไดนาโมซึ่งอธิบายว่าสนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการเคลื่อนที่ของแกนเหล็กชั้นนอกของโลกนักวิทยาศาสตร์สามารถ ใช้ เครื่องวัดสนามแม่เหล็กเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกตามกาลเวลา ละติจูด และลองจิจูดได้

ตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1940 จรวดถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาอนุภาคคอสมิกในปี 1958 ยานเอ็กซ์พลอเรอร์ 1ซึ่งเป็นยานลำแรกในชุดภารกิจอวกาศเอ็กซ์พลอเรอร์ ถูกปล่อยขึ้นสู่อวกาศเพื่อศึกษาความเข้มของอนุภาคคอสมิกเหนือชั้นบรรยากาศและวัดความผันผวนของกิจกรรมนี้ ภารกิจนี้ได้สังเกตพบแถบรังสีแวนอัลเลน (ซึ่งตั้งอยู่ในบริเวณชั้นในของแมกนีโตสเฟียร์ของโลก) และยาน เอ็กซ์พลอเรอร์ 3ที่ส่งขึ้นไปในภายหลังในปีเดียวกันได้พิสูจน์การมีอยู่ของแถบรังสีนี้อย่างแน่ชัด นอกจากนี้ ในปี 1958 ยูจีน พาร์คเกอร์ได้เสนอแนวคิดเรื่องลมสุริยะและคำว่า 'แมกนีโตสเฟียร์' ถูกเสนอโดยโทมัส โกลด์ในปี 1959 เพื่ออธิบายว่าลมสุริยะมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กโลกอย่างไร ภารกิจเอ็กซ์พลอเรอร์ 12ในปี 1961 ซึ่งนำโดยคาฮิลล์และอะมาซีนในปี 1963 พบว่าความแรงของสนามแม่เหล็กลดลงอย่างฉับพลันใกล้เส้นเมริเดียนเที่ยงวัน ซึ่งต่อมาได้รับการตั้งชื่อว่าแมกนีโต พอ ส ในปี พ.ศ. 2526 ยานสำรวจดาวหางนานาชาติได้สังเกตเห็นหางแม่เหล็กหรือสนามแม่เหล็กที่อยู่ไกลออกไป^{[ 4 ]}

โครงสร้างของแมกนีโตสเฟียร์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ได้แก่ ประเภทของวัตถุทางดาราศาสตร์ ลักษณะของแหล่งกำเนิดพลาสมาและโมเมนตัมคาบการหมุนของวัตถุ ลักษณะของแกนที่วัตถุหมุนรอบ แกนของไดโพลแม่เหล็ก และขนาดและทิศทางการไหลของลมสุริยะ

ระยะทางของดาวเคราะห์ที่สนามแม่เหล็กสามารถทนต่อแรงดันลมสุริยะได้เรียกว่า ระยะทางแชปแมน-เฟอร์ราโรซึ่งสามารถจำลองได้อย่างมีประโยชน์ด้วยสูตร โดยที่แทนรัศมีของดาวเคราะห์แทนสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่เส้นศูนย์สูตรแทนความเร็วของลมสุริยะคือความหนาแน่นของอนุภาคลมสุริยะ และคือ ค่าคงที่ การซึมผ่านของสุญญากาศ : ${\displaystyle R_{\rm {CF}}}$${\displaystyle R_{\rm {P}}}$${\displaystyle B_{\rm {surf}}}$${\displaystyle V_{\rm {SW}}}$${\displaystyle \rho }$${\displaystyle \mu _{0}}$

${\displaystyle R_{\rm {CF}}=R_{\rm {P}}\left({\frac {B_{\rm {surf}}^{2}}{\mu _{0}\rho V_{\rm {SW}}^{2}}}\right)^{\frac {1}{6}}}$

สนามแม่เหล็กถูกจัดประเภทเป็น "สนามแม่เหล็กภายใน" เมื่อหรือเมื่อสิ่งกีดขวางหลักต่อการไหลของลมสุริยะคือสนามแม่เหล็กของวัตถุ ตัวอย่างเช่น ดาวพุธโลกดาวพฤหัสบดีแกนีมีดดาวเสาร์ ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูนมีสนามแม่เหล็กภายใน สนามแม่เหล็กถูกจัดประเภทเป็น "สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ" เมื่อหรือเมื่อลมสุริยะไม่ถูกต้านทานโดยสนามแม่เหล็กของวัตถุ ในกรณีนี้ ลมสุริยะจะทำปฏิกิริยากับชั้นบรรยากาศหรือไอโอโนสเฟียร์ของดาวเคราะห์ (หรือพื้นผิวของดาวเคราะห์ หากดาวเคราะห์ไม่มีชั้นบรรยากาศ) ดาวศุกร์มีสนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำ ซึ่งหมายความว่าเนื่องจากดาวศุกร์ดูเหมือนจะไม่มีผลกระทบไดนาโมภายในสนามแม่เหล็กเดียวที่มีอยู่คือสนามแม่เหล็กที่เกิดจากการที่ลมสุริยะพันรอบสิ่งกีดขวางทางกายภาพของดาวศุกร์ (ดูเพิ่มเติมที่สนามแม่เหล็กเหนี่ยวนำของดาวศุกร์ ) เมื่อดาวเคราะห์เองและสนามแม่เหล็กของมันต่างก็มีส่วนร่วม เป็นไปได้ว่าดาวอังคารเป็นประเภทนี้^{[ 6 ]}${\displaystyle R_{\rm {CF}}\gg R_{\rm {P}}}$${\displaystyle R_{\rm {CF}}\ll R_{\rm {P}}}$${\displaystyle R_{\rm {CF}}\approx R_{\rm {P}}}$

เมื่อมองจากดวงอาทิตย์ การเคลื่อนที่ในวงโคจรของวัตถุท้องฟ้าสามารถบีบอัดสนามแม่เหล็กที่สมมาตรของมันเล็กน้อย และยืดออกไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ (ในตัวอย่างของโลก คือจากทิศตะวันตกไปทิศตะวันออก) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ความ ไม่สมมาตรระหว่างรุ่งอรุณและพลบค่ำ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]}

คลื่นกระแทกรูปคันธนูก่อตัวเป็นชั้นนอกสุดของแมกนีโตสเฟียร์ ซึ่งเป็นขอบเขตระหว่างแมกนีโตสเฟียร์และตัวกลางโดยรอบ สำหรับดาวฤกษ์ โดยทั่วไปแล้วจะเป็นขอบเขตระหว่างลมดาวฤกษ์และตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ สำหรับดาวเคราะห์ ความเร็วของลมสุริยะจะลดลงเมื่อเข้าใกล้แมกนีโตพอส^{[ 10 ]}เนื่องจากการปฏิสัมพันธ์กับคลื่นกระแทกรูปคันธนูพลาสมาลมดาวฤกษ์ จึงมี ความไม่สม่ำเสมออย่างมาก ส่งผลให้เกิด ความไม่เสถียรของพลาสมาต่างๆทั้งต้นน้ำและปลายน้ำของคลื่นกระแทกรูปคันธนู^{[ 11 ]}

แมกนีโตชีทคือบริเวณของแมกนีโตสเฟียร์ที่อยู่ระหว่างโบว์ช็อกและแมกนีโตพอส มันเกิดขึ้นจากลมสุริยะที่ถูกกระแทกเป็นหลัก แม้ว่าจะมีพลาสมาจากแมกนีโตสเฟียร์อยู่เล็กน้อยก็ตาม^{[ 12 ]}มันเป็นบริเวณที่มีฟลักซ์พลังงาน อนุภาคสูง ซึ่งทิศทางและขนาดของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงอย่างไม่แน่นอน นี่เกิดจากการสะสมของก๊าซลมสุริยะที่ผ่านกระบวนการสร้างความร้อน อย่างมีประสิทธิภาพ มันทำหน้าที่เป็นเหมือนเบาะรองรับแรงดันจากการไหลของลมสุริยะและเป็นกำแพงกั้นสนามแม่เหล็กจากวัตถุ^{[ 4 ]}

แมกนีโทพอสคือบริเวณของแมกนีโทสเฟียร์ซึ่งความดันจากสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์สมดุลกับความดันจากลมสุริยะ^{[ 3 ]}มันคือจุดบรรจบกันของลมสุริยะที่กระแทกจากแมกนีโทชีทกับสนามแม่เหล็กของวัตถุและพลาสมาจากแมกนีโทสเฟียร์ เนื่องจากทั้งสองด้านของจุดบรรจบกันนี้มีพลาสมาที่มีสนามแม่เหล็ก ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันจึงซับซ้อน โครงสร้างของแมกนีโทพอสขึ้นอยู่กับเลขมัคและอัตราส่วนเบตาของพลาสมา รวมถึงสนามแม่เหล็กด้วย^{[ 13 ]}แมกนีโทพอสเปลี่ยนขนาดและรูปร่างเมื่อความดันจากลมสุริยะผันผวน^{[ 14 ]}

ตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กที่ถูกบีบอัดคือหางแม่เหล็ก ซึ่งเป็นบริเวณที่สนามแม่เหล็กแผ่ขยายออกไปไกลเกินกว่าวัตถุทางดาราศาสตร์ ประกอบด้วยสองส่วนที่เรียกว่าส่วนหางเหนือและ ส่วนหาง ใต้เส้นสนามแม่เหล็กในส่วนหางเหนือชี้เข้าหาวัตถุ ในขณะที่เส้นสนามแม่เหล็กในส่วนหางใต้ชี้ออกไป ส่วนหางเกือบจะว่างเปล่า มีอนุภาคประจุเพียงเล็กน้อยที่ต้านทานการไหลของลมสุริยะ ทั้งสองส่วนถูกคั่นด้วยแผ่นพลาสมา ซึ่งเป็นบริเวณที่สนามแม่เหล็กอ่อนกว่า และมีความหนาแน่นของอนุภาคประจุสูงกว่า^{[ 15 ]}

เหนือเส้นศูนย์สูตร ของโลก เส้นสนามแม่เหล็กจะเกือบเป็นแนวนอน จากนั้นจึงกลับมาเชื่อมต่อกันอีกครั้งที่ละติจูดสูง อย่างไรก็ตาม ที่ระดับความสูงมาก สนามแม่เหล็กจะถูกบิดเบือนอย่างมากโดยลมสุริยะและสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์ ในด้านกลางวันของโลก สนามแม่เหล็กจะถูกบีบอัดอย่างมากโดยลมสุริยะไปจนถึงระยะทางประมาณ 65,000 กิโลเมตร (40,000 ไมล์) คลื่นกระแทกด้านหน้าของโลกมีความหนาประมาณ 17 กิโลเมตร (11 ไมล์) ^{[ 16 ]}และตั้งอยู่ห่างจากโลกประมาณ 90,000 กิโลเมตร (56,000 ไมล์) ^{[ 17 ]}ขอบเขตแม่เหล็กด้านกลางวันอยู่ห่างจากพื้นผิวโลกประมาณ 30,000–60,000 กิโลเมตร ขอบเขตแม่เหล็กของโลกถูกเปรียบเทียบกับตะแกรงเพราะมันยอมให้อนุภาคลมสุริยะผ่านเข้าไปได้ความไม่เสถียรของเคลวิน-เฮล์มโฮลทซ์เกิดขึ้นเมื่อพลาสมาหมุนวนขนาดใหญ่เคลื่อนที่ไปตามขอบของแมกนีโตสเฟียร์ด้วยความเร็วที่แตกต่างจากแมกนีโตสเฟียร์ ทำให้พลาสมาเลื่อนผ่านไป ส่งผลให้เกิดการเชื่อมต่อสนามแม่เหล็กและเมื่อเส้นสนามแม่เหล็กแตกและเชื่อมต่อกันใหม่ อนุภาคลมสุริยะจึงสามารถเข้าสู่แมกนีโตสเฟียร์ได้^{[ 18 ]}ทางด้านกลางคืนของโลก สนามแม่เหล็กแผ่ขยายออกไปในหางแมกนีโต ซึ่งมีความยาวเกิน 6,300,000 กิโลเมตร (3,900,000 ไมล์) ^{[ 3 ]} หางแมกนีโต ของโลกเป็นแหล่งกำเนิดหลักของ แสงออโร ร่าขั้วโลก^{[ 15 ]}นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ยังเสนอแนะว่าหางแมกนีโตของโลกอาจทำให้เกิด "พายุฝุ่น" บนดวงจันทร์โดยการสร้างความแตกต่างของศักย์ระหว่างด้านกลางวันและด้านกลางคืน^{[ 19 ]}ศูนย์กลางของแผ่นพลาสมาของหาง ซึ่งเรียกว่าแผ่นกลาง เป็นบริเวณที่เส้นสนามแม่เหล็กจากแต่ละกลีบสามารถมาบรรจบกันได้ ดังนั้นจึงเป็นตำแหน่งสำคัญของการเชื่อมต่อใหม่ในส่วนหาง แผ่นพลาสมาไม่ได้อยู่นิ่ง แต่เป็นที่ทราบกันดีว่ามีการเคลื่อนที่จำนวนมากที่ทำให้แผ่นกลางเอียงเมื่อเทียบกับระนาบสุริยวิถีทำให้เกิดการสั่นที่เรียกว่าการเคลื่อนที่แบบกระพือ^{[ 20 ] [ 21 ]}การเคลื่อนที่เหล่านี้ประกอบด้วยการสั่นของแผ่นพลาสมาในทิศเหนือ-ใต้ การเปรียบเทียบกับถุงวัดทิศทางลมอาจช่วยให้เห็นภาพการเคลื่อนที่ของแผ่นพลาสมาเหล่านี้ได้ชัดเจนขึ้น

วัตถุทางดาราศาสตร์จำนวนมากสร้างและรักษาสนามแม่เหล็ก ในระบบสุริยะนี้รวมถึงดวงอาทิตย์^{ดาวพุธ โลก ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน [ 22 ]}และแกนีมีดสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีเป็นสนาม^{แม่เหล็กของ}ดาวเคราะห์ที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะ ขยายออกไปไกลถึง 7,000,000 กิโลเมตร (4,300,000 ไมล์) ทางด้านกลางวันและเกือบถึงวงโคจรของดาวเสาร์ทางด้านกลางคืน^{[ 23 ]}สนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีแข็งแกร่งกว่าของโลกถึงหนึ่งอันดับและโมเมนต์แม่เหล็ก ของมัน มีขนาดใหญ่กว่าประมาณ 18,000 เท่า^{[ 24 ]} ในทางกลับกัน ดาวศุกร์ดาวอังคารและดาวพลูโตไม่มี สนามแม่เหล็ก ภายในซึ่งอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยาของพวกมัน มีการตั้งสมมติฐานว่าดาวศุกร์และดาวอังคารอาจสูญเสียน้ำดั้งเดิมไปเนื่องจากการแตกตัวด้วยแสงและลมสุริยะ หากมีสนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งอยู่ จะทำให้กระบวนการนี้ช้าลงอย่างมาก^{[ 22 ] [ 25 ]}

เชื่อกันว่า สนามแม่เหล็กที่เกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบนั้นพบได้ทั่วไป แม้ว่าการค้นพบครั้งแรกจะเกิดขึ้นในช่วงปี 2010 ก็ตาม ในปี 2014 มีการอนุมานสนามแม่เหล็กรอบHD 209458 bจากลักษณะ การระเหย ของไฮโดรเจนจากดาวเคราะห์^{[ 27 ] [ 28 ]} ในปี 2019 มีการประมาณความแรงของสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวของดาวพฤหัสบดีร้อน 4 ดวง ซึ่งมีค่าอยู่ระหว่าง 20 ถึง 120 เกาส์เมื่อเทียบกับสนามแม่เหล็กบนพื้นผิวของดาวพฤหัสบดีที่มีค่า 4.3 เกาส์^{[ 29 ] [ 30 ]}ในปี 2020 ตรวจพบการปล่อยคลื่นวิทยุในช่วงความถี่ 14-30 MHz จาก ระบบ Tau Boötisซึ่งน่าจะเกี่ยวข้องกับการแผ่รังสีไซโคลตรอนจากขั้วของTau Boötis bซึ่งอาจเป็นสัญญาณของสนามแม่เหล็กของดาวเคราะห์^{[ 31 ] [ 32 ]}ในปี 2021 สนามแม่เหล็กที่เกิดจากดาวเนปจูนร้อนHAT-P-11bได้รับการยืนยันเป็นครั้งแรก^{[ 33 ]}การตรวจจับสนามแม่เหล็กที่เกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่คล้ายโลกครั้งแรกที่ยังไม่ได้รับการยืนยันนั้น พบในปี 2023 บนYZ Ceti b ^{[ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}

• จีโอสเปซ
• พลาสมา (ฟิสิกส์)