Магнітосферно-іоносферна взаємодія (M-I coupling)
Заряджена частка рухається вздовж магнітної силової лінії по гвинтовій траєкторії з поздовжньою швидкістюV Iі швидкістю ларморовского обертання V L . Кут накона напряму руху до магнітної силової лінії називається пітч-кутом частинки (рис. 1).
sin 2 α /sin 2 α o = B/Bo ,
де - напруженість магнітного поля на екваторі даної силової лінії. Пітч-кут досягає значення 90 o т.зв. дзеркальної точки, від якої починається рух у зворотний бік, вгору по силовій лінії. Положення дзеркальної точки визначається за величиною магнітного поля Bz із співвідношення
Якщо дзеркальні точки частинки розташовані нижче за межі атмосфери (приблизно 100 км), вони можуть стикатися з нейтральними атомами і в результаті залишають пастку. На екваторі ці частинки займають область пітч-кутів від нуля до певної величини α', що визначає величину конуса втрат:
де m - напруженість магнітного поля на висоті 100км.
Конус втрат лише приблизно оцінює реальні втрати частинок при пітч-кутової дифузії, оскільки межа атмосфери - поняття умовне, висота її коливається, поглинання частинок не є абсолютно і т.д. Для дипольного поля величина конуса втрат показана малюнку і визначається з виразу див. висновок формули
Пітч-кутовий розподіл
Існує кілька типових розподілів заряджених частинок по пітч-кутах у магнітосферній пастці. Усі вони представлені на рис 2.
Режим стабільного захоплення характеризується захопленим розподілом (trapped), який може бути описаний виразом J=Jo sin n α де n може приймати значення від 0.5 до 3.
Якщо відбувається прискорення частинок з пітч-кутом 90 про без значної пітч-кутової дифузії, спостерігається розподіл типу "пиріжок" (pancake).
Ефект розщеплення дрейфових оболонок через асиметрію (день-ніч) магнітосфери, виражається в тому, що межа стійкого захоплення поздовжніх частинок знаходиться далі від Землі, ніж для приекваторіальних частинок. В результаті в області квазізахоплення спостерігається розподіл типу "метелика" (butterfly), при якому на пітч-кутах близьких до 90 про утворюється мінімум, а на пітч-кутах близько 40 про і 140 про - максимум.
При переході від захопленого розподілу до "метелика" і в ряді інших випадків, наприклад, при помірній дифузії по пітч-кутах, спостерігається плоский (flat) розподіл, більш менш рівномірний по всіх пітч-кутах за винятком конуса втрат, де потік частинок істотно менше.
Ізотропне (isotropic) розподіл спостерігається поза магнітною пастки, тобто. коли магнітне поле слабке і визначає характер руху частинок, чи магнітної пастці як сильної питч-кутовой дифузії, тобто. тоді, коли за період стрибка пітч-кут частки змінюється на кут набагато більший за розчин конуса втрат.
Нарешті, існують розподіли з вираженим максимумом вздовж силової лінії магнітного поля (field-aligned distribution). Вони можуть виникати під дією поздовжнього електричного поля, зокрема у тривимірному струмовому клині суббурі. Крім того, поздовжні струмені часток часто спостерігаються у хвості магнітосфери, у прикордонній частиніплазмового шару На сильно витягнутих у хвіст силових лініях усі частинки, що виходять з області сильного магнітного поля, набувають великих поздовжніх швидкостей.