La magnetosfera è la regione dello spazio che circonda la Terra dove il campo magnetico dominante è quello della Terra, piuttosto che quello dello spazio interplanetario. La magnetosfera è formata dall’interazione del vento solare con il campo magnetico terrestre. Questa figura illustra la forma e la dimensione del campo magnetico terrestre che cambia continuamente mentre è sferzato dal vento solare.
Sono passate diverse migliaia di anni da quando i cinesi scoprirono che certi minerali magnetici, chiamati lodestones, si allineavano approssimativamente in direzione nord-sud. La ragione di questo effetto non fu capita, però, fino al 1600, quando William Gilbert pubblicò De Magnete e dimostrò che la nostra Terra si comportava come un magnete gigante e le pietre di carico si allineavano con il campo magnetico terrestre.
Dopo diversi altri secoli di indagini, si sa ora che il campo magnetico terrestre è abbastanza complesso, ma ancora, in larga misura, può essere visto come un dipolo, con poli nord e sud come un semplice magnete a barra. L’asse magnetico terrestre, il dipolo, è inclinato di circa 11 gradi rispetto all’asse di rotazione della Terra. Se lo spazio fosse un vuoto, il campo magnetico terrestre si estenderebbe all’infinito, indebolendosi con la distanza, ma nel 1951, mentre studiava perché le code delle comete puntano sempre lontano dal sole, Ludwig Biermann scoprì che il sole emette quello che oggi chiamiamo vento solare. Questo flusso continuo di plasma, composto principalmente da elettroni e protoni, con un campo magnetico incorporato, interagisce con la Terra e altri oggetti del sistema solare.
La pressione del vento solare sul campo magnetico terrestre comprime il campo sul lato giorno della Terra e lo allunga in una lunga coda sul lato notte. La forma del campo distorto risultante è stata paragonata all’aspetto dell’acqua che scorre intorno a una roccia in un flusso. Sul lato giorno della Terra, invece di estendersi all’infinito, il campo magnetico è confinato entro circa 10 raggi terrestri dal centro della Terra e sul lato notte, il campo si estende a centinaia di raggi terrestri, ben oltre l’orbita della luna a 60 raggi terrestri.
Il confine tra il vento solare e il campo magnetico della Terra è chiamato la magnetopausa. Il confine è costantemente in movimento, poiché la Terra è colpita dal vento solare in continua evoluzione. Mentre la magnetopausa ci protegge in una certa misura dal vento solare, è tutt’altro che impenetrabile, e l’energia, la massa e la quantità di moto sono trasferite dal vento solare alle regioni all’interno della magnetosfera terrestre. L’interazione tra il vento solare e il campo magnetico terrestre, e l’influenza dell’atmosfera e della ionosfera sottostante, crea varie regioni di campi, plasmi e correnti all’interno della magnetosfera come la plasmasfera, la corrente ad anello e le cinture di radiazione. La conseguenza è che le condizioni all’interno della magnetosfera sono altamente dinamiche e creano ciò che chiamiamo “tempo spaziale” che può influenzare i sistemi tecnologici e le attività umane. Per esempio, le cinture di radiazione possono avere un impatto sulle operazioni dei satelliti, e le particelle e le correnti dalla magnetosfera possono riscaldare l’alta atmosfera e provocare il trascinamento del satellite che può influenzare le orbite dei satelliti in orbita a bassa quota. Le influenze della magnetosfera sulla ionosfera possono anche influenzare i sistemi di comunicazione e navigazione. Tutti questi effetti sono discussi altrove in modo più dettagliato.