在磁层中，除了辐射带中的高能粒子外，还有由低能的电子离子和中性粒子组成的等离子体，即所谓电离层。电离层的形成主要是太阳辐射进入地球大气层后，有一部分被高空大气所吸收，使分子离解和原子电离，电离程度约为0.01％。当然，宇宙线对电离层的形成也有一定的贡献，但比太阳要弱得多。电离层中的电子浓度随高度而变化可明显地划分为几个区域：D层、C层和确F层。D层最低，其电子浓度最大值出现在70~90千米的高空。D层之上是E层，电离程度更大，最大电子浓度达105/厘米?，白天浓度大，晚上浓度小，且十分有规律，是目前人们所了解最多的一个层。最上面为F层，最大电子浓度为106/厘米?。由于磁力线具有与位于那里的等离子体冻结在一起的性质，因而形成与地球一起转动的共转等离子体。但由于太阳风簇拥着磁层流动时，太阳风的一部分动量传递给磁层内的等离子体，另外由于地球磁力线被太阳风吹刮而出现形变，使等离子体产生对流，从而产生另一尺度电流——场电流。
太阳风的变化在磁层顶感应产生磁层顶电流。根据重论，在相反极性磁力线的交界处，容易产生中性片电流。这样球磁层中有4个大尺度电流系统：环电流、场电流、磁层顶电流和中性片电流。当太阳活动剧烈时，强大的太阳风将扰动磁层中的电流系统而造成地磁扰动。今后将要进一步弄清这4个大尺度电流系统所引起磁扰的不同贡献及其主要特征。
太阳风对日球层有什么作用？
从太阳发出的本底太阳风约需3.5天才能到达地球，吹拂的范围远远超过地球轨道。于是，在离太阳最远的行星轨道之外的星际空间将需划出一个球面，以表示太阳风所及之处，或者说是“日射中止”的地方。球内就是由太阳占统治地位的空间，被称为日球层，或简称日球。多数科学家认为日球层的外边界是太阳系的真正边界。人们可能会想象，离太阳越来越远的空间，太阳风的速度会越来越慢，以至于太阳风粒子开始与星际物质混合起来，因而日球层将逐渐消失在一道模糊不清的弥漫的边界上。但据天体物理学家的分析，情况也许根本不是这样。
随着太阳风向外运动，它的体积越来越大，速度确是有些减小，但仍比扰动在其中传播的速度——声速大，因而不能够向上游流体传递任何速度已减小的信号。其结果是，速度快的流体猛烈碰撞前面运动慢的流体，形成了所谓终端击波，它可能是日球层中最强的且寿命最长的击波。当太阳风通过终端击波时，它的速度可能减小到大约原来值的1/4。太阳风的动能一部分转换成热能，使星际气体的温度上升。一部分动能被用来压缩磁场，使磁场强度突增到击波后的值的4倍左右。由此可见，在日球层的外边界附近存在着一种意料不到的不连续状态。人们希望能找到这巨大的球状击波面，因为这里将会发生有趣的物理现象。
星际空间中的中性原子，如氦、氧等，由于它们不受磁场或等离子体的影响，可自由地流进日球层内。后来，它们被太阳辐射或被太阳风本身离子化成为带一个单位电荷的离子。中性原子一旦成为离子后，太阳风中的磁力线就会捕捉它们，并使这些离子向外作螺旋运动。当它们越过终端击波波阵面时，巨大的磁场梯度把粒子加速到较高的能量。其中一部分被不规则的击波波阵面散射而向内偏斜，这就变成了异常宇宙线而被检测出来。
通常宇宙线粒子是完全失去电子的原子核，能量很高，而异常宇宙线粒子则是保留一些电子的离子，能量较低。这就是近20多年来被空间探测器发现的而过去未曾预料到的低能量的宇宙线组分，且已表明其强度随着与太阳的距离增大而增加。美国衣阿华大学的物理学家从1983—1992年曾两度接收到旅行者探测器天线，由于和这种异常宇宙线粒子碰撞所产生的强烈的低频无线电信号，这些信号可能就是产生在终端击波处。因为太阳爆发时会把终端激波推进推出，所以空间探测器有几次机会接收到它。根据这两次出现低频噪音爆发的时间，将终端击波边界定在离太阳90~120天文单位处。不过确切地说，目前还不知道日球层的边界离太阳有多远。也许要到21世纪的某个时候，当空间探测器越过最后的终端击波处时，这才算是进入了太阳风极为微弱的星际空间。
太阳命运之谜
太阳如一团熊熊燃烧的火焰，给人类带来光明与温暖，勇气和希望。地球上一切活动的能量，几乎都源自太阳；如果没有太阳，黑暗、严寒会吞噬整个地球，我们美丽的家园将变成死寂的世界。太阳无比灿烂的光彩，还激发人类丰富的想象能力，以至他们曾经把它当作神来崇拜。举世闻名的埃及吉萨地区的金字塔，每当春分这一天，它们的一个底边刚好指向太阳升起的地方；希腊神话中太阳神阿波罗的名字，被用来命名现代航空飞行器；古代各国的帝王们，更是把太阳看作至高无上、君临天下的象征。
宇宙中，太阳是距地球最近的恒星，日地距离只有1.5亿公里。太阳的直径大约为139.2万公里，是地球直径的109倍；太阳体积为地球的130万倍，而质量比地球大33万倍。太阳主要由氢、氦等物质构成，其中氢占73.5％，氦占25％；其他成分如碳、氮、氧等，只占太阳物质构成的1.5％。太阳核心的温度高达1500万至2000万开，每秒钟有6亿多吨的氢在那里聚变为氦；在这一过程中，每四个氢原子核聚变为一个氦原子核，而每产生一个氦原子，太阳就向外辐射一小部分能量。地球植物的光合作用，煤、石油等矿藏的形成，大气循环、海水蒸发、云雨生成等等，这一切都离不开太阳的活动。10亿年来，地球的温度变化范围很小，这说明太阳的活动基本稳定，也为生命的孕育、演化提供了极好的条件。
到目前，太阳上的氢聚变反应已进行了几十亿年，有人担心太阳的能量总有一天会耗尽。的确，太阳的能量并非取之不尽，用之不完。如果氢不断减少，氦不断产生，未来的太阳会变成什么样？
根据恒星演化理论，从恒星中心核内的氢开始燃烧到它们全部生成氦，这一过程叫做“主星序阶段”。处于主星序阶段上的恒星称之为“主序星”。不同恒星体在主星序中存在的时间是不同的，这主要取决于该恒星体的质量。天文学家爱丁顿发现：质量越大的恒星体，它为抗衡万有引力而产生的热量也越多；产生热量越多，则星体膨胀速度越快；相应地，它留在主星序中的时间便越短。拿太阳来说，它和众多的恒星一样，目前正处于主星序阶段。根据科学家计算，太阳可在主星序阶段停留100亿年左右；而目前它处于主星序阶段上已46亿年了。质量比太阳大15倍的恒星只能停留1000万年，质量为太阳质量五分之一的恒星则能存在10000亿年之久。
当一颗恒星度过它漫长的青壮年期——主序星阶段，步入老年时，会首先变成一颗“红巨星”。之所以称为“巨星”，因为它的体积巨大，在这一阶段，恒星将膨胀到比原来体积大十亿多倍的程度；称它“红”巨星，因为在恒星迅速膨胀的同时，其外表面离中心越来越远，温度随之降低，发出的光也越来越偏红。尽管温度降低，红巨星的光度却变得很大，看上去极为明亮。目前人类肉眼看到的亮星中，有许多都是红巨星。现在，我们最熟悉的一颗红巨星是猎户星座的“参宿四”，其直径达11亿公里，为太阳直径的800倍。若“参宿四”在太阳的位置发光，红光会遍及整个太阳系。
从“主序星”衰变成“红巨星”，变化不仅仅是外在的，恒星的内核也发生了很大变化——从“氢核”变成了“氦核”。我们已经知道，恒星依靠其内部的热核聚变而熊熊燃烧着，核聚变的结果是每四个氢原子核结合成一个氦原子核；在这个过程中恒星释放出大量原子能并形成辐射压，辐射压与恒星自身收缩的引力相平衡。而当恒星中心区的氢消耗殆尽，形成由氦构成的氦核之后，氢聚变的热核反应便无法在中心区继续进行。此时引力重压没有辐射压来平衡，星体中心区会被压缩，温度随之急剧上升。恒星中心的氦核球温度升高后，紧贴它的那一层氢氦混合气体相应受热，达到引发氢聚变的温度，热核反应便重新开始。于是，氦核逐渐增大，氢燃烧层也随之向外扩展（恒星星体外层物质受热膨胀，就是它开始向红巨星或红超巨星转化的过程）。转化中，氢燃烧层产生的能量可能比主序星时期还要多，但星体表面温度不仅不会升高反而会下降。原因在于：外层膨胀后受到的内聚引力减小，即使温度降低，其膨胀压力仍可抗衡或超过引力，此时星体半径和表面积增大的程度超过产能率的增长，因此总光度可能增长，表面温度却将下降。质量比太阳大4倍的大恒星在氦核外重新引发氢聚变时，核外放出的能量未明显增加，半径却增大了好几倍，因此恒星的表面温度由几万开降到三四千开，成为红超巨星。质量比太阳小4倍的中小恒星进入红巨星阶段时表面温度下降，光度也将急剧增加，这是它们的外层膨胀消耗的能量较少而产能较多的缘故。
红巨星一旦形成，就会朝恒星演化的下一阶段——“白矮星”进发。当外部区域迅速膨胀时，氦核受反作用力将强烈向内收缩，被压缩的物质不断变热，最终内核温度将越过1亿度，从而点燃氦聚变。经过几百万年，氦核也燃烧殆尽，而恒星的外壳仍然是以氢为主的混合物。如此，恒星结构比以前复杂了：氢混合物外壳下面会有一个氦层，氦层内部还埋有一个碳球。这样，恒星体（红巨星阶段）的核反应过程将变得更加复杂。其中心附近的温度继续上升，最终使碳转变为其他元素。与此同时，红巨星外部也开始发生不稳定的脉动振荡：恒星半径时而变大，时而缩小，稳定的主星序恒星将变成极不稳定的巨大火球。火球内部的核反应也会越来越趋于不稳定，忽强忽弱。此时，恒星内部核心的密度实际上已增大到每立方厘米10吨左右，可以说，在红巨星内部已经诞生了一颗白矮星。
白矮星是一种很特殊的天体，它体积小、亮度低、质量大、密度高。比如天狼星伴星（它是最早被发现的白矮星），体积比地球大不了多少，但质量却和太阳差不多！也就是说，它的密度为1000万吨/立方米左右。根据白矮星的半径和质量，可算出它的表面重力等于地球表面重力的1000万~10亿倍。在这样高的压力下，任何物体都将不复存在，连原子都会被压碎；电子也将脱离原子轨道变成自由电子。
白矮星的密度为什么这样大？我们知道，原子是由原子核和电子组成的，原子的质量绝大部分集中在原子核上，而原子核的体积很小。比如氢原子的半径为一亿分之一厘米，而氢原子核的半径只有十万亿分之一厘米。打个比方，假如原子核的大小如一颗玻璃球，那么电子轨道将在2公里以外。而在巨大的压力之下，电子将脱离原子核，成自由电子。这种自由电子气体会尽可能地占据原子核之间的空隙，从而使单位空间内包含的物质大大增多，密度大大提高。形象地说，此时原子核是“沉浸”于电子中的，没有了原先与电子的“秩序”和“距离”，科学上一般把物质的这种状态叫做“简并态”。简并电子气体压力与白矮星强大的重力平衡，一定时间内维持着白矮星的稳定；可是当白矮星质量进一步增大，简并电子气体压力就有可能抵抗不住引力而收缩，白矮星还会坍缩成密度更高的天体“中子星”或“黑洞”。
对单星系统而言，由于没有热核反应来提供能量，白矮星在发出光热的同时，也以同样的速度冷却着。经过100亿年的漫长岁月，年老的白矮星将渐渐停止辐射死去。它的躯体会变成一个比钻石还硬的巨大晶体——“黑矮星”，孤零零飘荡在宇宙空间。对于多星系统来说，白矮星的演化过程可能没有这么简单，中途有可能发生改变，这需要科学家们进行更深入细致地研究。
