صفيحة التيار الهيليوسفيري

مع دوران الشمس، يلتف مجالها المغناطيسي على شكل حلزون أرخميدس ، ممتدًا عبر النظام الشمسي. تُعرف هذه الظاهرة غالبًا باسم حلزون باركر ، نسبةً إلى عمل يوجين باركر ^{[ 6 ]} الذي تنبأ ببنية المجال المغناطيسي بين الكواكب. وقد لاحظ هانز ألفين [ ^{7 ]} سابقًا الطبيعة الحلزونية للمجال المغناطيسي للغلاف الشمسي، ^{استنادًا} إلى بنية ذيول المذنبات.

يُؤدي تأثير هذا المجال المغناطيسي الحلزوني على الوسط بين الكواكب ( الرياح الشمسية ) إلى تكوين أكبر بنية في النظام الشمسي، وهي صفيحة التيار الهيليوسفيرية. وقد قُسِّم المجال المغناطيسي الحلزوني لباركر إلى قسمين بواسطة صفيحة تيار ، ^{[ 8 ]} وهو نموذج رياضي طُوِّر لأول مرة في أوائل سبعينيات القرن العشرين على يد شاتن. ويتخذ هذا المجال شكلاً حلزونياً متموجاً يُشبه تنورة راقصة الباليه . ^{[ 9 ] [ 10 ]} ويعود تموج صفيحة التيار إلى زاوية ميل محور ثنائي القطب للمجال المغناطيسي بالنسبة لمحور دوران الشمس، وإلى الاختلافات عن مجال ثنائي القطب المثالي. ^{[ 11 ]}

على عكس الشكل المألوف للمجال المغناطيسي الناتج عن مغناطيس قضيب ، يتخذ المجال الممتد للشمس شكلًا لولبيًا حسابيًا بفعل التأثير المغناطيسي الهيدروديناميكي للرياح الشمسية . تنتقل الرياح الشمسية من الشمس بسرعة تتراوح بين 200 و800 كيلومتر في الثانية، لكن تيارًا منفردًا من الرياح الشمسية ينبعث من معلم معين على سطح الشمس يدور مع دورانها ، مكونًا نمطًا لولبيًا في الفضاء. يُطلق على سبب هذا الشكل اللولبي أحيانًا اسم "تأثير مرش الحديقة" أو "تأثير خرطوم الحديقة" ^{[ 12 ] [ 13 ]} ، لأنه يُشبه مرشًا للعشب بفوهة تتحرك لأعلى ولأسفل أثناء دورانه؛ ويمثل تيار الماء الرياح الشمسية. ولكن على عكس تيار المرش، ترتبط الرياح الشمسية بالمجال المغناطيسي بفعل التأثيرات المغناطيسية الهيدروديناميكية ، بحيث ترتبط خطوط المجال المغناطيسي بالمادة الموجودة في التيار وتتخذ شكلًا لولبيًا حسابيًا.

يُغيّر شكلُ حلزون باركر للرياح الشمسية شكلَ المجال المغناطيسي للشمس في النظام الشمسي الخارجي : فعلى بُعد ما بين 10 و20 وحدة فلكية من الشمس، يكون المجال المغناطيسي حلقيًا تقريبًا (موجهًا حول خط استواء الشمس) بدلًا من أن يكون قطبيًا (موجهًا من القطب الشمالي إلى القطب الجنوبي، كما في المغناطيس الدائم) أو شعاعيًا (موجهًا للخارج أو للداخل، كما هو متوقع من تدفق الرياح الشمسية لو لم تكن الشمس تدور). كما يُضخّم الشكل الحلزوني قوة المجال المغناطيسي الشمسي في النظام الشمسي الخارجي بشكل كبير.

قد يكون لولب باركر مسؤولاً عن الدوران التفاضلي للشمس ، حيث تدور أقطاب الشمس ببطء أكبر (حوالي 35 يومًا) من خط الاستواء (حوالي 27 يومًا). وتتجه الرياح الشمسية بفعل المجال المغناطيسي للشمس، ولذا فهي تنبعث في الغالب من المناطق القطبية للشمس؛ ويتسبب الشكل الحلزوني المستحث للمجال في عزم سحب على الأقطاب نتيجة لقوة الشد المغناطيسي .

خلال ذروة النشاط الشمسي، ينقلب المجال المغناطيسي للشمس بالكامل، مما يؤدي إلى تناوب قطبية المجال في كل دورة شمسية . ^{[ 14 ]}

تدور صفيحة التيار الهيليوسفيرية مع الشمس بفترة تقارب 25 يومًا، وخلال هذه الفترة تمر قمم وقيعان الصفيحة عبر الغلاف المغناطيسي للأرض، متفاعلةً معه. بالقرب من سطح الشمس، يكون المجال المغناطيسي الناتج عن التيار الكهربائي القطري في الصفيحة من رتبة5 × 10 ⁻⁶  T . ^{[ 2 ]}

يبلغ المجال المغناطيسي على سطح الشمس حوالي10⁻⁴ تسلا  . إذا كان شكل المجال ثنائي قطب مغناطيسي ، ^فإن شدته ستتناقص مع مكعب المسافة، مما ينتج عنه حوالي10⁻¹¹ تسلا  عند مدار الأرض. ينتج عن صفيحة التيار الهيليوسفيري مكونات متعددة الأقطاب من رتبة أعلى، بحيث يكون المجال المغناطيسي الفعلي عند الأرض بسبب الشمس أكبر بمئة مرة ^.

يحتوي التيار الكهربائي في طبقة التيار الهيليوسفيري على مركبة شعاعية (موجهة نحو الداخل) بالإضافة إلى مركبة دائرية ، وتُغلق الدائرة الشعاعية بتيارات خارجية متوافقة مع المجال المغناطيسي للشمس في المناطق القطبية الشمسية. ويبلغ التيار الشعاعي في الدائرة حوالي3 × 10⁹ أمبير  . ^{[ 2 ]} بالمقارنة مع التيارات الكهربائية الفلكية الأخرى، فإن تيارات بيركلاند التي تغذي الشفق القطبي للأرض أضعف بنحو ألف مرة ^، حيث تبلغ مليون أمبير. تبلغ أقصى كثافة للتيار في الصفيحة حوالي10 ⁻¹⁰  أمبير/م ² (10 ⁻⁴  أمبير/كم ² ).