Iontové proudy a přirozené magnetické jevy

Pokud se nabité částice pohybují v plynu v přítomnosti vnějšího magnetického pole, mohou volně popisovat významnou část své magnetronové trajektorie. Každá trajektorie však nemusí být zcela dokončena. Může být rozbit srážkou mezi pohybující se částicí a jakoukoli molekulou plynu.

Takové srážky někdy pouze vychylují směr pohybu částic a přenášejí je na nové trajektorie; při dostatečně silných srážkách je však možná i ionizace molekul plynu. V období po srážce vedoucí k ionizaci je nutné vzít v úvahu existenci tří nabitých částic – původní pohybující se částice, plynový iont a uvolněný elektron. Pohyby ionizující částice před srážkou, iontu plynu, uvolněného elektronu a ionizující částice po srážce jsou ovlivněny Lorentzovy síly.

Interakce ionizujících a ionizovaných částic s magnetickým polem, když se tyto částice pohybují v plynu, vede ke vzniku různých přírodních magnetických jevů – polární záře, zpívajícího plamene, slunečního větru a magnetických bouří.

Polární světla

Polární záře jsou záře na obloze, která je někdy vidět. oblast severního pólu Země. K tomuto jevu dochází v důsledku deionizace atmosférických molekul poté, co jsou ionizovány slunečním zářením. Podobný jev na jižní polokouli Země se nazývá jižní světla. Slunce vyzařuje velké množství energie v mnoha různých formách. Jednou z těchto forem jsou nabité rychlé částice různého druhu, vyzařující do všech směrů. Částice pohybující se směrem k Zemi padají do geomagnetického pole.

Všechny nabité částice z mimozemského prostoru, které spadají do geomagnetického pole, se bez ohledu na počáteční směr pohybu pohybují po trajektoriích odpovídajících siločarám. Protože všechny tyto siločáry vycházejí z jednoho pólu Země a vstupují na opačný pól, pohybující se nabité částice skončí na jednom nebo druhém pólu Země.

Rychle nabité částice vstupující do zemské atmosféry poblíž pólů se setkávají s atmosférickými molekulami. Srážky mezi částicemi slunečního záření a molekulami plynu mohou vést k jeho ionizaci a z některých molekul jsou vyraženy elektrony. Vzhledem k tomu, že ionizované molekuly mají více energie než deionizované, elektrony a ionty plynu mají tendenci se rekombinovat. V případech, kdy jsou ionty znovu spojeny s dříve ztracenými elektrony, je emitována elektromagnetická energie. Termín "aurora" se používá k popisu viditelné části tohoto elektromagnetického záření.

Přítomnost geomagnetického pole je jedním z příznivých faktorů pro všechny formy života, protože toto pole slouží jako „střecha“, která chrání centrální část zeměkoule před neustálým bombardováním rychlými částicemi slunečního původu.

Zpívající plamen

Plamen umístěný ve střídavém magnetickém poli může generovat zvuky o frekvenci magnetického pole. Plamen se skládá z vysokoteplotních plynných produktů vznikajících při určitých chemických reakcích. Když se vlivem vysoké teploty oddělí orbitální elektrony od některých molekul plynu, vznikne bohatá směs volných elektronů a kladných iontů.

Tímto způsobem plamen generuje jak elektrony, tak kladné ionty, které mohou sloužit jako nosiče pro udržení elektrického proudu. Plamen zároveň vytváří teplotní gradienty, které způsobují konvektivní proudění plynů tvořících plamen Protože nedílnou součástí plynů jsou nosiče elektrického náboje, jsou konvekční proudy také elektrické proudy.

Tyto konvekční elektrické proudy existující v plameni za přítomnosti vnějšího magnetického pole jsou vystaveny působení Lorentzových sil. V závislosti na povaze interakce mezi proudem a polem může aplikace vnějšího magnetického pole buď snížit nebo zvýšit jas plamene.

Tlak plynů v plameni interagujících se střídavým magnetickým polem je modulován Lorentzovými silami působícími na konvekční toky. Vzhledem k tomu, že v důsledku modulace tlaku plynu vznikají zvukové vibrace, může plamen sloužit jako převodník, který přeměňuje elektrickou energii na zvuk.Plamen, který má popsané vlastnosti, se nazývá zpívající plamen.

Magnetosféra

Magnetosféra je oblast zemského prostředí, kde magnetické pole hraje dominantní roli. Toto pole je vektorovým součtem vlastního magnetického pole Země nebo geomagnetického pole a magnetických polí spojených se slunečním zářením. Slunce jako přehřáté těleso podstupující silné tepelné a radioaktivní poruchy vyvrhuje obrovské množství plazmatu skládajícího se přibližně z poloviny elektronů a poloviny protonů.

Ačkoli plazma je vyvržena z povrchu Slunce všemi směry, jeho značná část, vzdalující se od Slunce, tvoří pod vlivem pohybu Slunce v prostoru stopu směřující víceméně jedním směrem. Tato migrace plazmatu se nazývá sluneční vítr.

Dokud se elektrony a protony, které tvoří sluneční vítr, pohybují společně a mají stejné koncentrace, nevytvářejí magnetické pole. Jakékoli rozdíly v jejich rychlosti driftu však generují elektrický proud a rozdíly v koncentraci vytvářejí napětí schopné produkovat elektrický proud. V každém případě plazmové proudy vytvářejí odpovídající magnetická pole.

Země je v dráze slunečního větru. Když se jeho částice a s nimi spojené magnetické pole přiblíží k Zemi, interagují s geomagnetickým polem. V důsledku interakce se obě pole mění. Tvar a charakteristiky geomagnetického pole jsou tedy částečně určeny slunečním větrem, který jím prochází.

Radiační aktivita Slunce je extrémně proměnná jak v čase, tak v prostoru — na povrchu Slunce.Když se slunce otáčí kolem své osy, sluneční vítr je ve stavu toku. Vzhledem k tomu, že se Země také otáčí kolem své osy, neustále se mění i charakter interakce mezi slunečním větrem a geomagnetickým polem.

Základní projevy těchto měnících se interakcí se nazývají magnetosférické bouře ve slunečním větru a magnetické bouře v geomagnetickém poli. Dalšími jevy souvisejícími s interakcemi mezi částicemi slunečního větru a magnetosférou jsou výše zmíněné polární záře a elektrický proud proudící v atmosféře kolem Země z východu na západ.