Ionáramok és természetes mágneses jelenségek

Ha a töltött részecskék egy gázban külső mágneses tér jelenlétében mozognak, szabadon leírhatják magnetronpályájuk jelentős részét. Az egyes pályák azonban nem feltétlenül fejeződnek be teljesen. Egy mozgó részecske és bármely gázmolekula ütközésével megtörheti.

Az ilyen ütközések néha csak eltérítik a részecskék mozgási irányát, és új pályákra helyezik át őket; azonban kellően erős ütközések esetén a gázmolekulák ionizációja is lehetséges. Az ionizációhoz vezető ütközés utáni időszakban három töltött részecske – az eredeti mozgó részecske, a gázion és a felszabadult elektron – létezésével kell számolni. Az ionizáló részecske ütközés előtti, a gázion, a felszabaduló elektron és az ütközés utáni ionizáló részecske mozgását befolyásolja Lorentz erők.

Az ionizáló és ionizált részecskék mágneses térrel való kölcsönhatása, miközben ezek a részecskék a gázban mozognak, különféle természeti mágneses jelenségeket idéz elő – aurora, éneklő láng, napszél és mágneses viharok.

Sarki fény

Az északi fény az a ragyogás az égen, ami néha látható. a Föld északi pólusának régiója. Ez a jelenség a légköri molekulák napsugárzás általi ionizálása után ionizálódik. A Föld déli féltekén hasonló jelenséget déli fénynek nevezik. A Nap sokféle formában nagy mennyiségű energiát bocsát ki. Ezen formák egyike a különböző típusú, minden irányban sugárzó, feltöltött, gyors részecskék. A Föld felé mozgó részecskék a geomágneses mezőbe esnek.

A földönkívüli térből származó összes töltött részecske, amely a geomágneses mezőbe esik, függetlenül a kezdeti mozgási iránytól, a térvonalaknak megfelelő pályákra mozog. Mivel ezek az erővonalak a Föld egyik pólusából lépnek ki, és belépnek az ellenkező pólusba, a mozgó töltött részecskék a Föld egyik vagy másik pólusára kerülnek.

A pólusok közelében a Föld légkörébe kerülő, gyorsan töltött részecskék légköri molekulákkal találkoznak. A napsugárzás részecskéi és a gázmolekulák ütközései az utóbbiak ionizációjához vezethetnek, és egyes molekulákból az elektronok kiütődnek. Tekintettel arra, hogy az ionizált molekulák több energiával rendelkeznek, mint az ionmentesek, az elektronok és a gázionok hajlamosak rekombinációra. Azokban az esetekben, amikor az ionok újra egyesülnek a korábban elveszett elektronokkal, elektromágneses energia bocsát ki. Az "aurora" kifejezést az elektromágneses sugárzás látható részének leírására használják.

A geomágneses tér jelenléte az élet minden formája számára az egyik kedvező tényező, mert ez a mező „tetőként” szolgál, amely megvédi a földgömb középső részét a napenergia eredetű gyors részecskék folyamatos bombázásától.

Éneklő láng

A váltakozó mágneses térben elhelyezett láng a mágneses tér frekvenciájával képes hangokat generálni. A láng bizonyos kémiai reakciók során keletkező magas hőmérsékletű gáznemű termékekből áll. Amikor magas hőmérséklet hatására az orbitális elektronok elválik egyes gázmolekuláktól, szabad elektronok és pozitív ionok gazdag keveréke jön létre.

Ily módon a láng elektronokat és pozitív ionokat is generál, amelyek hordozóként szolgálhatnak az elektromos áram fenntartásában. Ugyanakkor a láng hőmérsékleti gradienseket hoz létre, amelyek a lángot alkotó gázok konvektív áramlását idézik elő.Mivel az elektromos töltéshordozók a gázok szerves részét képezik, a konvekciós áramlások is elektromos áramok.

Ezek a konvekciós elektromos áramok, amelyek a lángban léteznek, külső mágneses tér jelenlétében, Lorentz-erők hatásának vannak kitéve. Az áram és a mező közötti kölcsönhatás természetétől függően a külső mágneses tér alkalmazása csökkentheti vagy növelheti a láng fényességét.

A váltakozó mágneses térrel kölcsönhatásba lépő lángban lévő gázok nyomását a konvekciós áramlásokra ható Lorentz-erők modulálják. Mivel a gáznyomás modulációja következtében hangrezgések keletkeznek, a láng átalakítóként szolgálhat, amely az elektromos energiát hanggá alakítja.A leírt tulajdonságokkal rendelkező lángot éneklő lángnak nevezzük.

Magnetoszféra

A magnetoszféra a Föld környezetének azon része, ahol a mágneses tér domináns szerepet játszik. Ez a mező a Föld saját mágneses mezejének vagy geomágneses mezőjének és a napsugárzáshoz kapcsolódó mágneses mezők vektorösszege. Túlhevült testként, amely erős hő- és radioaktív zavarokon megy keresztül, a Nap hatalmas mennyiségű plazmát lövell ki, amely körülbelül felerészben elektronokból és fele protonokból áll.

Habár vérplazma minden irányban kilökődik a Nap felszínéről, jelentős része a Naptól távolodva a Nap térbeli mozgásának hatására többé-kevésbé egy irányba irányított nyomvonalat képez. Ezt a plazmavándorlást napszélnek nevezik.

Amíg a napszelet alkotó elektronok és protonok együtt mozognak, azonos koncentrációban, addig nem hoznak létre mágneses teret. Azonban az elsodródási sebességükben mutatkozó különbségek elektromos áramot generálnak, a koncentrációbeli különbségek pedig olyan feszültséget generálnak, amely képes elektromos áram előállítására. A plazmaáramok minden esetben megfelelő mágneses teret generálnak.

A Föld a napszél útjában áll. Amikor részecskéi és a hozzájuk kapcsolódó mágneses mező megközelíti a Földet, kölcsönhatásba lépnek a geomágneses mezővel. Az interakció eredményeként mindkét mező megváltozik. Így a geomágneses tér alakját és jellemzőit részben a rajta áthaladó napszél határozza meg.

A Nap sugárzási aktivitása időben és térben egyaránt rendkívül változó – a Nap felszínén.Amikor a Nap forog a tengelye körül, a napszél áramlási állapotban van. Tekintettel arra, hogy a Föld is forog a tengelye körül, a napszél és a geomágneses tér kölcsönhatásának jellege is folyamatosan változik.

E változó kölcsönhatások lényeges megnyilvánulásait a napszélben magnetoszférikus viharoknak, a geomágneses mezőben pedig mágneses viharoknak nevezik. A napszél részecskéi és a magnetoszféra közötti kölcsönhatáshoz kapcsolódó további jelenségek a fent említett aurorák és a Föld körüli légkörben keletről nyugatra áramló elektromos áram.