Ionivirrat ja luonnonmagneettiset ilmiöt

Jos varautuneet hiukkaset liikkuvat kaasussa ulkoisen magneettikentän läsnä ollessa, ne voivat vapaasti kuvata merkittävän osan magnetroniradastaan. Jokainen liikerata ei kuitenkaan välttämättä valmistu kokonaan. Se voidaan rikkoa liikkuvan hiukkasen ja minkä tahansa kaasumolekyylin välisessä törmäyksessä.

Tällaiset törmäykset toisinaan vain kääntävät hiukkasten liikesuunnan siirtäen ne uusille lentoratoille; kuitenkin riittävän voimakkailla törmäyksillä myös kaasumolekyylien ionisoituminen on mahdollista. Ionisaatioon johtavassa törmäyksen jälkeisessä jaksossa on tarpeen ottaa huomioon kolmen varautuneen hiukkasen olemassaolo - alkuperäinen liikkuva hiukkanen, kaasu-ioni ja vapautunut elektroni. Ionisoivan hiukkasen liikkeisiin ennen törmäystä, kaasuionin, vapautuneen elektronin ja ionisoivan hiukkasen liikkeisiin törmäyksen jälkeen vaikuttavat Lorentzin joukot.

Ionisoivien ja ionisoituneiden hiukkasten vuorovaikutus magneettikentän kanssa näiden hiukkasten liikkuessa kaasussa saa aikaan erilaisia ​​luonnonmagneettisia ilmiöitä – revontulia, laulavaa liekkiä, aurinkotuulta ja magneettisia myrskyjä.

Revontulet

Revontulet ovat taivaan hehkua, jota joskus nähdään. Maan pohjoisnavan alue. Tämä ilmiö tapahtuu ilmakehän molekyylien deionisoitumisena sen jälkeen, kun ne on ionisoitu auringonsäteilyn vaikutuksesta. Samanlaista ilmiötä maan eteläisellä pallonpuoliskolla kutsutaan etelävaloksi. Aurinko säteilee suuria määriä energiaa monissa eri muodoissa. Yksi näistä muodoista on erityyppisiä varautuneita hiukkasia, jotka säteilevät kaikkiin suuntiin. Maata kohti liikkuvat hiukkaset putoavat geomagneettiseen kenttään.

Kaikki maan ulkopuolisesta avaruudesta tulevat varautuneet hiukkaset, jotka putoavat geomagneettiseen kenttään, liikkuvat liikkeen alkusuunnasta riippumatta kenttälinjoja vastaaville lentoratoille. Koska kaikki nämä voimalinjat poistuvat Maan yhdestä napasta ja tulevat vastakkaiseen napaan, liikkuvat varautuneet hiukkaset päätyvät jompaankumpaan tai toiseen Maan napaan.

Nopeasti varautuneet hiukkaset, jotka pääsevät Maan ilmakehään lähellä napoja, kohtaavat ilmakehän molekyylejä. Auringon säteilyn hiukkasten ja kaasumolekyylien väliset törmäykset voivat johtaa jälkimmäisten ionisaatioon, ja elektronit syrjäytyvät joistakin molekyyleistä. Koska ionisoiduilla molekyyleillä on enemmän energiaa kuin deionisoiduilla, elektroneilla ja kaasu-ioneilla on taipumus yhdistyä uudelleen. Tapauksissa, joissa ionit yhdistyvät uudelleen aiemmin kadonneiden elektronien kanssa, vapautuu sähkömagneettista energiaa. Termiä "aurora" käytetään kuvaamaan tämän sähkömagneettisen säteilyn näkyvää osaa.

Geomagneettisen kentän olemassaolo on yksi suotuisista tekijöistä kaikille elämänmuodoille, koska tämä kenttä toimii "kattona", joka suojaa maapallon keskiosaa jatkuvalta aurinkoalkuperää olevien nopeiden hiukkasten pommituksilta.

Laulava liekki

Vaihtuvaan magneettikenttään asetettu liekki voi tuottaa ääniä magneettikentän taajuudella. Liekki koostuu korkean lämpötilan kaasumaisista tuotteista, jotka muodostuvat tiettyjen kemiallisten reaktioiden aikana. Kun kiertoradan elektronit erotetaan korkean lämpötilan vaikutuksesta joistakin kaasumolekyyleistä, syntyy runsas seos vapaista elektroneista ja positiivisista ioneista.

Tällä tavalla liekki synnyttää sekä elektroneja että positiivisia ioneja, jotka voivat toimia kantajina ylläpitämään sähkövirtaa. Samalla liekki luo lämpötilagradientteja, jotka aiheuttavat liekin muodostavien kaasujen konvektiivisia virtauksia.Koska sähkövarauksenkantajat ovat kiinteä osa kaasuja, ovat myös konvektiovirrat sähkövirtoja.

Nämä liekissä olevat konvektiovirtaukset ulkoisen magneettikentän läsnäollessa ovat Lorentzin voimien vaikutuksen alaisia. Virran ja kentän välisen vuorovaikutuksen luonteesta riippuen ulkoisen magneettikentän käyttö voi joko vähentää tai lisätä liekin kirkkautta.

Vaihtuvan magneettikentän kanssa vuorovaikutuksessa olevien liekkien kaasujen painetta moduloivat konvektiovirtoihin vaikuttavat Lorentz-voimat. Koska äänivärähtelyt syntyvät kaasun paineen modulaation seurauksena, liekki voi toimia muuntimena, joka muuntaa sähköenergian ääneksi.Liekkiä, jolla on kuvatut ominaisuudet, kutsutaan laululiekiksi.

Magnetosfääri

Magnetosfääri on maapallon ympäristön alue, jossa magneettikentällä on hallitseva rooli. Tämä kenttä on Maan oman magneettikentän eli geomagneettikentän ja auringon säteilyyn liittyvien magneettikenttien vektorisumma. Tulistettuna kappaleena, jossa esiintyy voimakkaita lämpö- ja radioaktiivisia häiriöitä, aurinko sinkouttaa valtavia määriä plasmaa, joka koostuu noin puolet elektroneista ja puolet protoneista.

Siitä huolimatta plasma sinkoutuu Auringon pinnalta kaikkiin suuntiin, merkittävä osa siitä poistuessaan Auringosta muodostaa polun, joka on suunnattu enemmän tai vähemmän yhteen suuntaan auringon liikkeen vaikutuksesta avaruudessa. Tätä plasman kulkeutumista kutsutaan aurinkotuuleksi.

Niin kauan kuin aurinkotuulen muodostavat elektronit ja protonit liikkuvat yhdessä yhtäläisin pitoisuuksin, ne eivät luo magneettikenttää. Kuitenkin kaikki erot niiden ryömintänopeudessa synnyttävät sähkövirran, ja pitoisuuserot synnyttävät jännitteen, joka pystyy tuottamaan sähkövirran. Kussakin tapauksessa plasmavirrat synnyttävät vastaavat magneettikentät.

Maa on aurinkotuulen tiellä. Kun sen hiukkaset ja niihin liittyvä magneettikenttä lähestyvät Maata, ne ovat vuorovaikutuksessa geomagneettisen kentän kanssa. Vuorovaikutuksen seurauksena molemmat kentät muuttuvat. Siten geomagneettisen kentän muodon ja ominaisuudet määräytyvät osittain sen läpi kulkevan aurinkotuulen vaikutuksesta.

Auringon säteilyaktiivisuus on äärimmäisen vaihteleva sekä ajallisesti että avaruudessa – Auringon pinnalla.Kun aurinko pyörii akselinsa ympäri, aurinkotuuli on muuttuvassa tilassa. Koska myös maapallo pyörii akselinsa ympäri, myös aurinkotuulen ja geomagneettisen kentän vuorovaikutuksen luonne muuttuu jatkuvasti.

Näiden muuttuvien vuorovaikutusten olennaisia ​​ilmentymiä kutsutaan magnetosfäärimyrskyiksi aurinkotuulessa ja magneettisiksi myrskyiksi geomagneettisessa kentässä. Muita aurinkotuulen hiukkasten ja magnetosfäärin väliseen vuorovaikutukseen liittyviä ilmiöitä ovat edellä mainitut revontulet ja maapallon ilmakehässä idästä länteen kulkeva sähkövirta.