Geowissenschaften

Geomagnetisches Feld - Expansionsphase

Expansionsphase

Die Expansionsphase ist weniger gut verstanden als die Wachstumsphase. Viele Forscher unterstützen das Modell der „erdnahen neutralen Linie“, gleichzeitig wurden jedoch andere Erklärungen vorgeschlagen. In dem Modell neutral-line eine lokalisierte X-Typ Neutrallinie ist im Innern des gebildeten Plasmabogen irgendwo zwischen 20 und 40 R e (Erdradien) hinter der Erde . Der linke Teil der Figur zeigt die Topologie des Magnetfeldes, wenn eine solche Linie zum ersten Mal gebildet wird. In dem Mittag Mitternacht Meridian des Magneto des magnetische Feldwird durch das gleichzeitige Vorhandensein von zwei neutralen Linien vom x-Typ in mehrere Regionen unterteilt. Zwischen den beiden x-Linien befindet sich eine neutrale Linie vom Typ o, um die sich geschlossene Magnetfeldschleifen befinden. Dieses Feld verbindet sich weder mit dem Sonnenwind noch mit der Erde und bleibt nur an Ort und Stelle, weil es von einer Hülle aus Feldlinien umgeben ist, die an der Erde befestigt sind. Diese Geometrie bleibt nur so lange bestehen, wie die Hülle erhalten bleibt. Schließlich trennt die Wiederverbindung die zuletzt geschlossenen Feldlinien, und anschließend beginnen offene Feldlinien des Schwanzlappens, sich wieder zu verbinden. Kurz danach wird der Bereich der geschlossenen Feldlinien von Feldlinien umhüllt, die mit dem Sonnenwind verbunden sind, wie im rechten Teil der oben zitierten Abbildung gezeigt. Die Spannung in diesen Feldlinien zieht die Blase aus Plasma und Feld oderPlasmoid, von der Mitte des Magnetschwanzes. Das Plasmoid wandert den Schwanz hinunter und kollabiert die Plasmafolie dahinter.

Im Modell der neutralen Linie wird angenommen, dass die plötzliche Aufhellung des Auroralbogens gegen Mitternacht auftritt, wenn die Wiederverbindung die zuletzt geschlossenen Feldlinien erreicht. Die anschließende polwärts gerichtete Ausdehnung der Aurora wird als Grenze der Keulenfeldlinien interpretiert, die sich in die erdnahe neutrale Linie bewegen, um wieder verbunden zu werden. Schließlich wird der Anstieg nach Westen als Erweiterung der azimutalen Ausdehnung der erdnahen neutralen Linie durch einen noch ungeklärten Prozess erklärt.

In diesem Modell wird die letzte Erholungsphase eines isolierten Teilsturms durch eine schnelle Rückwärtsbewegung der erdnahen neutralen Linie erzeugt. Dies tritt wahrscheinlich auf, wenn in den Schwanzlappen kein überschüssiger magnetischer Fluss mehr vorhanden ist, der zur Tagseite zurückgeführt werden soll. Sobald dies geschieht, kehren das Magnetfeld und der Plasmastrom im erdnahen Bereich des Schwanzes zu Ruhezuständen zurück und stellen die Vorsturmbedingungen von Aurora und magnetischer Störung wieder her.

Ein wesentliches Merkmal dieses Modells ist, dass die erdnahe neutrale Linie azimutal lokalisiert ist. Um diese Lokalisierung zu erreichen, ist es notwendig, einen Teil des Schwanzstroms an den Enden der neutralen Linie zur Ionosphäre umzuleiten. Der Sinn dieser Ablenkung ist nach unten in Richtung Morgengrauen und nach oben in Richtung Dämmerung gerichtet, wie in der Abbildung schematisch dargestellt . In der Ionosphäre fließt der Strom nach Westen und verbessert die bereits existierenden westwärts Konvektion Electrojet . Dieses derzeitige System wird als Teilsturmkeil bezeichnet und ist, obwohl nicht dargestellt, symmetrisch mit den nördlichen und südlichen Auroralovalen verbunden.

Das Das Teilsturm-Keil-Stromsystem verursacht während Teilstürmen plötzliche Änderungen des Magnetfelds an der Erdoberfläche. Diese Änderungen induzieren sehr starke lokalisierte elektrische Felder. Diese transienten elektrischen Felder regen Teilchen zu hoher Energie an und treiben sie zur Erde. Der Verlust dieser Partikel an die Atmosphäre verursacht die Aurora innerhalb der sich ausdehnenden Ausbuchtung des Auroralsubsturms und später, wenn die Partikel driften, die Ionisierung der Atmosphäre, die die elektrische Leitfähigkeit erhöht. Viele Teilchen sind auch in Driftpfaden um die Erde gefangen, was zu denen im Ringstrom beiträgt. Am Boden sind die gleichen Induktionseffekte für die Unterbrechung elektrischer Übertragungsleitungen und für die Korrosion in Rohrleitungen verantwortlich. Änderungen im RadioDie Ausbreitung wird sowohl durch die sich ändernde Größe desPolkappe relativ zu Regionen niedrigerer Breite und durch erhöhte Absorption von Radiowellen bei der am Boden der Ionosphäre auftretenden Ionisation.

Magnetohydrodynamische Wellen - magnetische Pulsationen

Magnetohydrodynamische Wellen sind eine Hauptquelle für Variationen im Erdmagnetfeld. Diese Wellen entstehen im äußeren Magnetfeld und breiten sich entlang der Feldlinien zur Erdoberfläche aus. Beim Erreichen der Oberfläche verursachen sie winzige Schwingungen im Magnetfeld (daher ihr älterer Name, Mikropulsationen). Diese Wellen haben typischerweise Amplituden im Bereich von 100 bis 0,1 Nanoteslas, wobei niedrigere Frequenzen größere Amplituden aufweisen.Magnetische Pulsationen wurden phänomenologisch anhand der Wellenform in kontinuierliche (Pc) und unregelmäßige (Pi) Pulsationen eingeteilt. Jede Klasse ist in verschiedene Frequenzbänder unterteilt, angeblich auf der Grundlage von Grenzen, die durch verschiedene Erzeugungsmechanismen definiert sind. Per Definition fallen magnetische Pulsationen in die Klasse der genannten elektromagnetischen Wellenultraniedrigfrequente (ULF) Wellen mit Frequenzen von 1 bis 1.000 Megahertz. Weil die Frequenzen so niedrig sind, werden die Wellen normalerweise eher durch ihre Schwingungsdauer (ein bis 1.000 Sekunden) als durch die Frequenz charakterisiert.

Bis vor kurzem war wenig über die Ursachen dieser Wellen bekannt. Verbesserungen in der Instrumentierung - insbesondere Gleichstromverstärker und von Raumfahrzeugen getragene Geräte - haben jedoch erheblich zu ihrem Verständnis beigetragen. Es gibt eine Vielzahl von Mechanismen, die solche Wellen erzeugen. Der einfachste Mechanismus ist möglicherweise die Resonanzschwingung des Hauptmagnetfelds der Erde als Reaktion auf Wellen im Sonnenwind. Bei diesem Prozess wird durch einen Prozess im Sonnenwind ein breites Spektrum von Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen erzeugt. Ein kleiner Teil der Energie in diesen Wellen durchdringt die Magnetopause. Innerhalb der Magnetosphäre jeweilsDie Magnetfeldlinie hat eine charakteristische Schwingungsfrequenz, die durch ihre Länge, die Stärke des Feldes entlang der Linie und die Masse der daran gebundenen Teilchen bestimmt wird. Wenn die Wellen in dieDie Magnetosphäre hat die gleiche Frequenz wie die Feldlinie, sie zwingt sie zum Schwingen. Wenn die Schwingung nur wenig gedämpft wird, kann ihre Amplitude groß genug werden, um an den Enden der Feldlinie beobachtet zu werden. Zusätzliche Anregungsquellen sind Wellen in der Magnetopause, die durch den Fluss des Sonnenwinds stimuliert werden, plötzliche Druckimpulse, die den bewegenMagnetopause rein oder raus und plötzliche Änderungen in der Strömungsrichtung desSonnenwind , der den Magnetschwanz zum Flattern bringt.

Eine andere Art von Erzeugungsmechanismus ist der cyclotron instability mentioned earlier in the discussion of ring-current decay. This mechanism illustrates the way in which a plasma may lower its total energy by creating waves. In this mechanism a wave traveling along a field line interacts with a gyrating particle on the same field line. For energy to be exchanged, the electric field of the wave must rotate with the same frequency as that of the gyrating particle. If the particle has parallel as well as gyrational velocity, it is the wave frequency Doppler shifted to the frame of reference of the moving particle that is important.

Andere Instabilitäten hängen mit unterschiedlichen Periodizitäten der Partikelbewegung zusammen. Typische Beispiele sind Prell Resonanz der Wellen mit den Teilchen entlang der Feldlinien auf Reisen oder Drift Resonanz mit Partikelnum die Erde treiben . In jedem Fall müssen das elektrische Feld der Welle und die Geschwindigkeit des Teilchens für eine signifikante Zeit miteinander in Phase bleiben, damit Energie ausgetauscht wird.