Ionenströme und natürliche magnetische Phänomene

Wenn sich geladene Teilchen in einem Gas in Gegenwart eines externen Magnetfelds bewegen, können sie einen erheblichen Teil ihrer Magnetron-Flugbahn frei beschreiben. Es ist jedoch nicht notwendig, dass jede Flugbahn vollständig abgeschlossen wird. Es kann durch eine Kollision zwischen einem sich bewegenden Teilchen und einem beliebigen Gasmolekül zerstört werden.

Solche Kollisionen lenken manchmal nur die Bewegungsrichtung der Teilchen ab und übertragen sie auf neue Flugbahnen; Bei ausreichend starken Stößen ist jedoch auch eine Ionisierung von Gasmolekülen möglich. In der Zeit nach der Kollision, die zur Ionisierung führt, muss die Existenz von drei geladenen Teilchen berücksichtigt werden – dem ursprünglich bewegten Teilchen, dem Gasion und dem freigesetzten Elektron. Die Bewegungen des ionisierenden Teilchens vor der Kollision, des Gasions, des freigesetzten Elektrons und des ionisierenden Teilchens nach der Kollision werden durch beeinflusst Lorentzkräfte.

Die Wechselwirkung ionisierender und ionisierter Teilchen mit einem Magnetfeld, während sich diese Teilchen in einem Gas bewegen, führt zu verschiedenen natürlichen magnetischen Phänomenen – Polarlichtern, singenden Flammen, Sonnenwind und magnetischen Stürmen.

Polar Lichter

Das Nordlicht ist das Leuchten am Himmel, das man manchmal sieht. Region des Nordpols der Erde. Dieses Phänomen entsteht durch die Deionisierung atmosphärischer Moleküle, nachdem diese durch Sonnenstrahlung ionisiert wurden. Ein ähnliches Phänomen auf der Südhalbkugel der Erde wird als Südlicht bezeichnet. Die Sonne gibt große Energiemengen in vielen verschiedenen Formen ab. Eine dieser Formen sind geladene, schnelle Teilchen verschiedener Art, die in alle Richtungen strahlen. Teilchen, die sich auf die Erde zubewegen, fallen in das Erdmagnetfeld.

Alle geladenen Teilchen aus dem außerirdischen Raum, die in das Erdmagnetfeld fallen, bewegen sich unabhängig von der anfänglichen Bewegungsrichtung auf Flugbahnen, die den Feldlinien entsprechen. Da alle diese Kraftlinien von einem Pol der Erde ausgehen und in den entgegengesetzten Pol eintreten, landen die bewegten geladenen Teilchen am einen oder anderen Pol der Erde.

Die schnell geladenen Teilchen, die in der Nähe der Pole in die Erdatmosphäre gelangen, treffen auf atmosphärische Moleküle. Kollisionen zwischen Teilchen der Sonnenstrahlung und Gasmolekülen können zu deren Ionisierung führen und aus einigen Molekülen werden Elektronen herausgeschlagen. Aufgrund der Tatsache, dass ionisierte Moleküle mehr Energie haben als entionisierte, neigen Elektronen und Gasionen zur Rekombination. Bei der Wiedervereinigung von Ionen mit zuvor verlorenen Elektronen wird elektromagnetische Energie emittiert. Mit dem Begriff „Aurora“ wird der sichtbare Teil dieser elektromagnetischen Strahlung bezeichnet.

Das Vorhandensein eines Erdmagnetfeldes ist einer der günstigen Faktoren für alle Lebensformen, denn dieses Feld dient als „Dach“, das den zentralen Teil der Erde vor dem ständigen Beschuss durch schnelle Teilchen solaren Ursprungs schützt.

Singende Flamme

Eine Flamme, die in ein magnetisches Wechselfeld gebracht wird, kann Geräusche mit der Frequenz des Magnetfelds erzeugen. Eine Flamme besteht aus gasförmigen Produkten hoher Temperatur, die bei bestimmten chemischen Reaktionen entstehen. Wenn unter dem Einfluss hoher Temperatur die Orbitalelektronen von einigen Gasmolekülen getrennt werden, entsteht eine reichhaltige Mischung aus freien Elektronen und positiven Ionen.

Auf diese Weise erzeugt die Flamme sowohl Elektronen als auch positive Ionen, die als Träger zur Aufrechterhaltung des elektrischen Stroms dienen können. Gleichzeitig erzeugt die Flamme Temperaturgradienten, die zu konvektiven Strömungen von Gasen führen, die die Flamme bilden. Da elektrische Ladungsträger ein integraler Bestandteil von Gasen sind, sind Konvektionsströmungen auch elektrische Ströme.

Diese in der Flamme vorhandenen elektrischen Konvektionsströme unterliegen in Gegenwart eines externen Magnetfelds der Wirkung von Lorentzkräften. Abhängig von der Art der Wechselwirkung zwischen Strom und Feld kann die Anwendung eines externen Magnetfelds die Helligkeit der Flamme entweder verringern oder erhöhen.

Der Druck der Gase in der Flamme, die mit einem magnetischen Wechselfeld interagieren, wird durch die auf die Konvektionsströmungen wirkenden Lorentzkräfte moduliert. Da durch die Modulation des Gasdrucks Schallschwingungen erzeugt werden, kann die Flamme als Wandler dienen, der elektrische Energie in Schall umwandelt.Eine Flamme, die die beschriebenen Eigenschaften aufweist, wird Singende Flamme genannt.

Magnetosphäre

Die Magnetosphäre ist der Bereich der Erdumgebung, in dem das Magnetfeld eine dominierende Rolle spielt. Dieses Feld ist die Vektorsumme des erdeigenen Magnetfelds oder Erdmagnetfelds und der mit der Sonnenstrahlung verbundenen Magnetfelder. Als überhitzter Körper, der starken thermischen und radioaktiven Störungen ausgesetzt ist, stößt die Sonne große Mengen Plasma aus, das etwa zur Hälfte aus Elektronen und zur Hälfte aus Protonen besteht.

Obwohl Plasma wird von der Sonnenoberfläche in alle Richtungen ausgestoßen, ein erheblicher Teil davon, der sich von der Sonne entfernt, bildet unter dem Einfluss der Bewegung der Sonne im Raum eine mehr oder weniger in eine Richtung gerichtete Spur. Diese Plasmawanderung wird Sonnenwind genannt.

Solange sich die Elektronen und Protonen, aus denen der Sonnenwind besteht, in gleicher Konzentration gemeinsam bewegen, erzeugen sie kein Magnetfeld. Unterschiede in ihrer Driftgeschwindigkeit erzeugen jedoch einen elektrischen Strom, und Konzentrationsunterschiede erzeugen eine Spannung, die einen elektrischen Strom erzeugen kann. Die Plasmaströme erzeugen jeweils entsprechende Magnetfelder.

Die Erde ist auf dem Weg des Sonnenwinds. Wenn sich seine Partikel und das damit verbundene Magnetfeld der Erde nähern, interagieren sie mit dem Erdmagnetfeld. Durch die Interaktion verändern sich beide Felder. Somit werden die Form und Eigenschaften des Erdmagnetfelds teilweise durch den durch es hindurchströmenden Sonnenwind bestimmt.

Die Strahlungsaktivität der Sonne ist sowohl zeitlich als auch räumlich – über die gesamte Sonnenoberfläche hinweg – äußerst variabel.Wenn sich die Sonne um ihre Achse dreht, befindet sich der Sonnenwind in einem Flusszustand. Da sich auch die Erde um ihre Achse dreht, ändert sich auch die Art der Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Erdmagnetfeld ständig.

Wesentliche Erscheinungsformen dieser sich verändernden Wechselwirkungen werden magnetosphärische Stürme im Sonnenwind und magnetische Stürme im Erdmagnetfeld genannt. Weitere Phänomene im Zusammenhang mit Wechselwirkungen zwischen Sonnenwindteilchen und der Magnetosphäre sind die oben erwähnten Polarlichter und der elektrische Strom, der in der Atmosphäre um die Erde von Osten nach Westen fließt.