กระแสไอออนและปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กตามธรรมชาติ

หากอนุภาคมีประจุเคลื่อนที่ในก๊าซโดยมีสนามแม่เหล็กภายนอกอยู่ อนุภาคเหล่านี้มีอิสระที่จะอธิบายส่วนสำคัญของวิถีโคจรของแมกนีตรอน อย่างไรก็ตาม แต่ละเส้นทางไม่จำเป็นต้องเสร็จสมบูรณ์ทั้งหมด มันสามารถแตกหักได้โดยการชนกันระหว่างอนุภาคที่เคลื่อนที่กับโมเลกุลของก๊าซใดๆ

การชนดังกล่าวบางครั้งเพียงหันเหทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค ถ่ายโอนไปยังวิถีใหม่ อย่างไรก็ตาม ด้วยการชนที่รุนแรงเพียงพอ ไอออนไนซ์ของโมเลกุลก๊าซก็เป็นไปได้เช่นกัน ในช่วงหลังการชนกันซึ่งนำไปสู่การแตกตัวเป็นไอออน จำเป็นต้องคำนึงถึงการมีอยู่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าสามอนุภาค ได้แก่ อนุภาคเดิมที่เคลื่อนที่ ไอออนของแก๊ส และอิเล็กตรอนที่ปลดปล่อยออกมา การเคลื่อนที่ของอนุภาคไอออไนซ์ก่อนการชน ไอออนของแก๊ส อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา และอนุภาคไอออไนซ์หลังการชนจะได้รับผลกระทบจาก กองกำลังลอเรนซ์.

ปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนและอนุภาคที่แตกตัวเป็นไอออนกับสนามแม่เหล็กในขณะที่อนุภาคเหล่านี้เคลื่อนที่ในก๊าซทำให้เกิดปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กตามธรรมชาติต่างๆ เช่น แสงออโรรา เปลวไฟร้องเพลง ลมสุริยะ และพายุแม่เหล็ก

ไฟโพลาร์

แสงเหนือเป็นแสงที่ส่องสว่างบนท้องฟ้าซึ่งมองเห็นได้ในบางครั้ง บริเวณขั้วโลกเหนือของโลก ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นจากการแตกตัวเป็นไอออนของโมเลกุลในชั้นบรรยากาศหลังจากที่ถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนจากรังสีดวงอาทิตย์ ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันนี้ในซีกโลกใต้เรียกว่าแสงใต้ ดวงอาทิตย์ปล่อยพลังงานจำนวนมากออกมาในรูปแบบต่างๆ หนึ่งในรูปแบบเหล่านี้คืออนุภาคที่มีประจุเร็วหลายชนิด ซึ่งแผ่กระจายไปทุกทิศทาง อนุภาคที่เคลื่อนเข้าหาโลกตกลงในสนามแม่เหล็กโลก

อนุภาคที่มีประจุทั้งหมดจากอวกาศนอกโลกที่ตกลงไปในสนามแม่เหล็กโลก โดยไม่คำนึงถึงทิศทางการเคลื่อนที่เริ่มต้น จะเคลื่อนที่ไปยังวิถีโคจรที่สอดคล้องกับเส้นสนาม เนื่องจากเส้นแรงเหล่านี้ออกจากขั้วหนึ่งของโลกและเข้าสู่ขั้วตรงข้าม อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่จึงไปสิ้นสุดที่ขั้วใดขั้วหนึ่งของโลก

อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอย่างรวดเร็วเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกใกล้กับขั้วโลกจะพบกับโมเลกุลในชั้นบรรยากาศ การชนกันระหว่างอนุภาคของรังสีดวงอาทิตย์และโมเลกุลของก๊าซสามารถนำไปสู่การแตกตัวเป็นไอออนของอนุภาคหลัง และอิเล็กตรอนจะถูกกระแทกออกจากโมเลกุลบางส่วน เนื่องจากโมเลกุลที่แตกตัวเป็นไอออนมีพลังงานมากกว่าโมเลกุลที่ปราศจากไอออน อิเล็กตรอนและไอออนของแก๊สจึงมีแนวโน้มที่จะรวมตัวกันอีกครั้ง ในกรณีที่ไอออนกลับมารวมตัวกับอิเล็กตรอนที่สูญเสียไปก่อนหน้านี้ พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจะถูกปล่อยออกมา คำว่า "ออโรรา" ใช้เพื่ออธิบายส่วนที่มองเห็นได้ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้านี้

การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กโลกเป็นหนึ่งในปัจจัยที่เอื้ออำนวยต่อสิ่งมีชีวิตทุกรูปแบบ เนื่องจากสนามนี้ทำหน้าที่เป็น "หลังคา" ที่ปกป้องส่วนกลางของโลกจากการทิ้งระเบิดอย่างต่อเนื่องโดยอนุภาคที่มีต้นกำเนิดจากดวงอาทิตย์อย่างรวดเร็ว

เปลวไฟร้องเพลง

เปลวไฟที่อยู่ในสนามแม่เหล็กสลับสามารถสร้างเสียงที่ความถี่ของสนามแม่เหล็ก เปลวไฟประกอบด้วยผลิตภัณฑ์ก๊าซที่มีอุณหภูมิสูงซึ่งเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาทางเคมีบางอย่าง เมื่ออิเล็กตรอนในวงโคจรถูกแยกออกจากโมเลกุลของก๊าซภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูง จะเกิดส่วนผสมของอิเล็กตรอนอิสระและไอออนบวกจำนวนมาก

ด้วยวิธีนี้ เปลวไฟจะสร้างทั้งอิเล็กตรอนและไอออนบวก ซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นตัวพาเพื่อรักษากระแสไฟฟ้า ในเวลาเดียวกัน เปลวไฟจะสร้างการไล่ระดับอุณหภูมิที่ทำให้เกิดการหมุนเวียนของก๊าซที่ก่อตัวเป็นเปลวไฟ เนื่องจากพาหะของประจุไฟฟ้าเป็นส่วนสำคัญของก๊าซ การไหลของการพาจึงเป็นกระแสไฟฟ้าด้วย

กระแสไฟฟ้าการพาความร้อนที่มีอยู่ในเปลวไฟ เมื่อมีสนามแม่เหล็กภายนอก อยู่ภายใต้การกระทำของกองกำลัง Lorentz ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของการโต้ตอบระหว่างกระแสและสนาม การใช้สนามแม่เหล็กภายนอกสามารถลดหรือเพิ่มความสว่างของเปลวไฟได้

ความดันของก๊าซในเปลวไฟที่ทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กสลับนั้นถูกมอดูเลตโดยแรง Lorentz ที่กระทำต่อกระแสการพาความร้อน เนื่องจากการสั่นสะเทือนของเสียงเกิดขึ้นจากการมอดูเลตแรงดันแก๊ส เปลวไฟจึงสามารถทำหน้าที่เป็นทรานสดิวเซอร์ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นเสียงเปลวไฟที่มีคุณสมบัติตามที่อธิบายไว้เรียกว่าเปลวไฟร้องเพลง

แมกนีโตสเฟียร์

แมกนีโตสเฟียร์เป็นพื้นที่ของสภาพแวดล้อมของโลกที่สนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญ สนามนี้คือผลรวมเวกเตอร์ของสนามแม่เหล็กโลกหรือสนามแม่เหล็กโลก และสนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับรังสีดวงอาทิตย์ ในฐานะที่เป็นร่างกายที่ร้อนยวดยิ่งภายใต้การรบกวนทางความร้อนและกัมมันตภาพรังสีที่รุนแรง ดวงอาทิตย์จะปล่อยพลาสมาจำนวนมหาศาลซึ่งประกอบด้วยอิเล็กตรอนครึ่งหนึ่งและโปรตอนอีกครึ่งหนึ่งออกมา

แม้ว่า พลาสมา ถูกขับออกจากพื้นผิวของดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของมัน เคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ ก่อตัวเป็นเส้นทางที่ชี้ไปในทิศทางเดียวไม่มากก็น้อยภายใต้อิทธิพลของการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ในอวกาศ การอพยพของพลาสมานี้เรียกว่าลมสุริยะ

ตราบใดที่อิเล็กตรอนและโปรตอนซึ่งประกอบกันเป็นลมสุริยะเคลื่อนที่เข้าหากันโดยมีความเข้มข้นเท่ากัน พวกมันจะไม่สร้างสนามแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างใดๆ ในความเร็วดริฟต์ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า และความแตกต่างของความเข้มข้นจะสร้างแรงดันไฟฟ้าที่สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ ในแต่ละกรณี กระแสพลาสมาจะสร้างสนามแม่เหล็กที่สอดคล้องกัน

โลกอยู่ในเส้นทางของลมสุริยะ เมื่ออนุภาคของมันและสนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องเข้ามาใกล้โลก พวกมันจะทำปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กโลก ผลจากการโต้ตอบ ฟิลด์ทั้งสองเปลี่ยนไป ดังนั้นรูปร่างและลักษณะของสนามแม่เหล็กโลกจึงถูกกำหนดโดยลมสุริยะที่พัดผ่าน

กิจกรรมการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์นั้นแปรปรวนอย่างมากทั้งในเวลาและในอวกาศ - บนพื้นผิวของดวงอาทิตย์เมื่อดวงอาทิตย์หมุนรอบแกน ลมสุริยะจะอยู่ในสถานะฟลักซ์ เนื่องจากโลกหมุนรอบแกนของมันด้วย ธรรมชาติของปฏิสัมพันธ์ระหว่างลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลกจึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาเช่นกัน

การสำแดงที่สำคัญของปฏิสัมพันธ์ที่เปลี่ยนแปลงเหล่านี้เรียกว่า พายุแมกนีโตสเฟียร์ในลมสุริยะและพายุแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กโลก ปรากฏการณ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคลมสุริยะและแมกนีโตสเฟียร์ ได้แก่ แสงออโรร่าที่กล่าวถึงข้างต้น และกระแสไฟฟ้าที่ไหลในชั้นบรรยากาศรอบโลกจากตะวันออกไปตะวันตก