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.

A Birkeland-áramok és egyéb elektromos folyamatok a Föld magnetoszférájában

Az önmagát összehúzó mágneses tér vonalai és az áramok. Az áram legerősebb a tengelynél és attól távolodva gyengül. Az áram a mágneses térrel párhuzamosan folyik.

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.

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.

Források

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

További információk

• Plasma fibres and Walls
• Electric Currents and Transmission Lines in Space Archiválva 2005. október 3-i dátummal a Wayback Machine-ben
• Johns Hopkins University/Applied Physics Lab. Global Birkeland Currents
• Active Magnetosphere and Planetary Electrodynamics Response Experiment (Project AMPERE)

• 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, 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