Birkeland-áramok

Birkeland-áramok alatt azokat az elektromos áramlásokat értjük, amik a Föld mágneses terének erővonalai mentén folynak a magnetoszféra külső területei és az ionoszféra között. Mozgásuk kiváltó oka a mágneses térre merőlegesen mozgó plazma.

Története

1903-ban a norvég utazó, felfedező, fizikus Kristian Birkeland jósolta meg az áramok létezését, aki sarkköri expedíciókon figyelte meg a sarki fény jelenségét.

Jellemzői

A Föld magnetoszférájában az áramokat a napszél és a bolygóközi mágneses tér kelti. A felfelé haladó elektromos áram (amiben az elektronok lefelé haladnak) gyorsítja a mágneses térben lévő elektronokat, amik, amikor elérik a felsőlégkört, a sarki fény jelenségét produkálják. Nagy földrajzi szélességeken (ahol a sarki fény létrejön) a Birkeland-áramok a sarki fény elektronjain keresztül záródnak. A Birkeland-áramok két párban jönnek létre. Az egyik pár a nappali térfelet „esti irányban” köti össze az éjszakai térféllel. A másik pár a nappali térfelet az éjszakai térféllel „hajnali irányban” köti össze. A nagy földrajzi szélességeken lévő áramlást „régió 1”-nek, míg az alacsony szélességeken lévőt „régió 2”-nek nevezik. Az áram a föld felé folyik az ionoszféra reggeli oldalán, és felfelé az ionoszféra esti oldalán.

A Birkeland-áramok gyakran mutatnak sodrott kötélhez hasonló mágneses struktúrát. Az áramerősségük nyugodt időszakban legalább 100 000 amper, ami geomágneses vihar esetén elérheti az 1 millió ampert is. Ezzel fel tudják melegíteni a felső atmoszférát, ami az alacsony pályán keringő műholdak számára erősebb légköri fékeződést okoz.

Birkeland-áramokat laboratóriumban is létre lehet hozni (rövid időre) terawattos impulzusgenerátorral. Megfigyelhető, hogy az elektronok örvényszerűen áramlanak, amit diocotron instabilitásnak neveznek (ez hasonló jelenség, mint a folyadékoknál a Kelvin–Helmholtz-instabilitás). Az ilyen áramlást a sarki fényben körkörösnek lehet látni.^[1]

A Birkeland-áramok legtöbbször csavart alakban alakulnak ki, amiben két, egymással ellentétes irányú Birkeland-áram egymás köré csavarodik, amik ugyanakkor taszítják egymást. Ha a felgyorsított elektronok relativisztikussá válnak (vagyis megközelítik a fénysebességet), a mágneses tér felcsavarodik és szinkrotronsugárzást bocsát ki a rádió-, az optikai, a röntgen- és gamma-sugárzás tartományában.

Az erős elektromos terek szuperszonikus sebességű plazmaáramlást keltenek a felső légkörben, amit a Swarm műholdak mérései alapján 2017-ben mutattak ki.^[2]

Jegyzetek

Források

Glenn D. Considine (főszerk.): Van Nostrand's Scientific Encyclopedia, 2008, John Wiley & Sons, Inc., ISBN 978-0-471-74338-5

További információk

Germany, G.A., P.G. Richards, G.K. Parks, M. Brittnacher, J.F. Spann: Global Auroral Imaging as a Remote Diagnostic of Geospace, Presented at AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference, June 25, 1997. https://web.archive.org/web/20080205054040/http://uvisun.msfc.nasa.gov/GG/GG15-AIAA97/home.htm
Egeland, Alv, Burke, William J.,(2005), Kristian Birkeland, The First Space Scientist^{[halott link]}, Springer pp. 221, ISBN 1-4020-3293-5
Peratt, Anthony (1992), Physics of the Plasma Universe, Birkeland Currents in Cosmic Plasma (p. 43-92), Springer-Verlag, ISBN 0-387-97575-6 and ISBN 3-540-97575-6 [1]
Ohtani, Shin-ichi; Ryoichi Fujii, Michael Hesse and Robert Lysak, editors (2000), Magnetospheric Currents Systems, Am. Geophys. Union, Washington, D.C., ISBN 0-87590-976-0.
Rostoker, G.; Armstrong, J. C.; Zmuda, A. J. (1975), Field-aligned current flow associated with intrusion of the substorm-intensified westward electrojet into the evening sector", J. Geophys. Res. , vol. 80, Sept. 1, 1975, p. 3571-3579, doi:10.1029/JA080i025p03571
Potemra, T. A. "Birkeland currents in the earth's magnetosphere", from a Special Issue of Astrophysics and Space Science" Dedicated to Hannes Alfvén on his 80th Birthday (Astrophysics and Space Science, vol. 144, no. 1-2, May 1988, p. 155-169, doi:10.1007/BF00793179
Alfvén, Hannes, On the Filamentary Structure of the Solar Corona (1963) The Solar Corona; Proceedings of IAU Symposium no. 16 held at Cloudcroft, New Mexico, U.S.A. 28–30 August 1961. Edited by John Wainwright Evans. International Astronomical Union. Symposium no. 16, Academic Press, New York, 1963., p. 35
Alfvén, Hannes, Currents in the Solar Atmosphere and a Theory of Solar Flares (March 1967) ) Solar Physics, V 1, 2, pp. 220–228, doi:10.1007/BF00150857
Alfvén, Hannes, On the Importance of Electric Fields in the Magnetosphere and Interplanetary Space (1967) Space Science Reviews, Volume 7, Issue 2-3, pp. 140–148, doi:10.1007/BF00215591
Carlqvist, P., Cosmic electric currents and the generalized Bennett relation, Astrophysics and Space Science (ISSN 0004-640X), vol. 144, no. 1-2, p. 73-84. (May 1988) doi:10.1007/BF00793173
Cloutier, P. A.; Anderson, H. R. Observations of Birkeland currents Space Science Reviews, 17, p. 563-587, Mar.-June 1975, doi:10.1007/BF00718585
Potemra, T. A. Observation of Birkeland currents with the TRIAD satellite, Astrophysics and Space Science, 58, 1, Sept. 1978, doi:10.1007/BF00645387

Kapcsolódó szócikkek

[1] ttp://www.phys.ucalgary.ca/trondsen/pai/Curls.html^{[halott link]}

[2] ESA: Supersonic plasma jets discovered

[1]

[2]