Nguyên nhân gây ra cực quang?

Mar 11 2008
Gió mặt trời gây ra cực quang bằng cách tương tác với từ trường của Trái đất. Tìm hiểu thêm về gió mặt trời và cực quang.
Hình minh họa về cách gió mặt trời tác động đến từ quyển của Trái đất

Cực quang là dấu hiệu của sự kết nối giữa Trái đấtmặt trời . Tần suất của cực quang tương quan với tần suất hoạt động của mặt trời và chu kỳ hoạt động 11 năm của mặt trời.

Khi quá trình nhiệt hạch xảy ra bên trong mặt trời, nó phun ra các hạt năng lượng cao (ion, electron, proton, neutrino) và bức xạ trong gió mặt trời . Khi hoạt động của mặt trời cao, bạn cũng sẽ thấy những vụ phun trào lớn được gọi là pháo sáng mặt trờihiện tượng phóng khối lượng mặt trời . Các hạt và bức xạ năng lượng cao này được giải phóng vào không gian và di chuyển khắp hệ mặt trời. Khi chúng va vào Trái đất, chúng gặp phải từ trường của nó.

Các cực của từ trường Trái đất nằm gần, nhưng không nằm chính xác trên các cực địa lý của nó (nơi hành tinh quay trên trục của nó). Các nhà khoa học tin rằng lõi bên ngoài bằng sắt lỏng của Trái đất quay và tạo ra từ trường. Trường bị gió mặt trời làm biến dạng, bị nén ở phía đối diện với mặt trời ( chấn động cung ) và bị hút ra ở phía đối diện ( từ trường ). Các cơn gió mặt trời tạo ra một khe hở trong từ trường ở các đỉnh cực . Các đỉnh cực được tìm thấy trên mặt trời của từ quyển (khu vực xung quanh Trái đất chịu ảnh hưởng của từ trường). Hãy xem điều này dẫn đến cực quang như thế nào.

  1. Khi các hạt tích điện của gió mặt trời và pháo sáng va vào từ trường của Trái đất, chúng sẽ di chuyển dọc theo các đường sức.
  2. Một số hạt bị lệch hướng xung quanh Trái đất, trong khi những hạt khác tương tác với đường sức từ trường, gây ra các dòng hạt mang điện trong từ trường truyền về cả hai cực - đây là lý do tại sao có cực quang đồng thời ở cả hai bán cầu. (Những dòng này được gọi là dòng Birkeland theo tên Kristian Birkeland, nhà vật lý người Na Uy đã phát hiện ra chúng - xem phần bên).
  3. Khi một điện tích cắt ngang qua một từ trường, nó sẽ tạo ra một dòng điện (xem Cách hoạt động của điện ). Khi các dòng điện này đi vào bầu khí quyển dọc theo các đường sức, chúng sẽ thu nạp nhiều năng lượng hơn.
  4. Khi va chạm vào vùng điện ly của tầng khí quyển trên Trái đất, chúng va chạm với các ion oxy và nitơ.
  5. Các hạt tác động vào các ion oxy và nitơ và truyền năng lượng của chúng cho các ion này.
  6. Sự hấp thụ năng lượng của các ion oxy và nitơ khiến các electron bên trong chúng trở nên "kích thích" và chuyển từ các obitan năng lượng thấp sang năng lượng cao (xem Nguyên tử hoạt động như thế nào ).
  7. Khi các ion bị kích thích giãn ra, các electron trong nguyên tử oxy và nitơ trở về quỹ đạo ban đầu của chúng. Trong quá trình này, chúng tái bức xạ năng lượng dưới dạng ánh sáng. Ánh sáng này tạo nên cực quang, và các màu sắc khác nhau đến từ ánh sáng phát ra từ các ion khác nhau.

Lưu ý: Các hạt tương tác với các ion oxy và nitơ trong khí quyển không đến từ mặt trời, mà đã bị giữ lại bởi từ trường của Trái đất. Gió và pháo sáng mặt trời làm nhiễu loạn từ trường và đặt các hạt này trong từ quyển chuyển động.

Để biết thêm thông tin về cực quang, hãy xem các liên kết bên dưới.

Làm thế nào để chúng ta biết những gì gây ra cực quang?

Năm 1895, một nhà vật lý người Na Uy tên là Kristian Birkeland đã giải quyết nhiệm vụ về nguyên nhân gây ra cực quang. Birkeland tin rằng cực quang là do các electron từ mặt trời tương tác với từ trường của Trái đất tạo ra. Để kiểm tra điều này, ông đã đặt một nam châm hình cầu gọi là terrella bên trong một buồng chân không. Anh ta cũng có một khẩu súng điện tử bên trong buồng. Khi anh ta bật súng, các electron tương tác với trường của nam châm và tạo ra cực quang nhân tạo, ủng hộ giả thuyết của anh ta.

Cực quang nhân tạo của Birkeland không hiển thị vòng hình bầu dục đặc trưng. Vòng cực quang đã được một nghiên cứu sinh người Nhật tên là Shun-ichi Akasofu dự đoán vào năm 1964. Ông đã xem xét các bức ảnh chụp cực quang và kết luận rằng cực quang là những chiếc nhẫn. Vì vậy, tại sao các cực quang của Birkeland không phải là hình bầu dục? Birkeland nghĩ rằng các electron kích thích các ion oxy và nitơ đến trực tiếp từ mặt trời. Chỉ khi các vệ tinh bắt đầu nghiên cứu cực quang và đo từ quyển, các nhà khoa học mới phát hiện ra rằng các electron đến từ chính quyển từ. Khi ý tưởng này được đặt trong các mô hình toán học, các vòng cực quang có thể được giải thích.

Bài viết

  • Mặt trời hoạt động như thế nào
  • Trái đất hoạt động như thế nào
  • Nguyên tử hoạt động như thế nào
  • Cách thức hoạt động của ánh sáng
  • Cách hoạt động của nam châm
  • Cách thức hoạt động của điện
  • Cách thức hoạt động của Kính viễn vọng Không gian Hubble
  • Cách hoạt động của các thiên hà
  • Cách hoạt động của Dải Ngân hà
  • Mặt trăng hoạt động như thế nào

Các liên kết tuyệt vời hơn

  • Nguyên nhân nào gây ra Cực quang?
  • Đèn phương Bắc là gì?
  • Khám phá từ trường Trái đất

Nguồn

  • Discoverak.com, Cực quang Borealis hay Cực quang là gì? Http: //www.discoverak.com/what_is_the_aurora_borealis_or_northern_lights.pdf
  • Exploratorium: Auroras. http://www.exploratorium.edu/auroras/
  • Exploratorium: Auroras: Bức tranh trên bầu trời. http://www.exploratorium.edu/learning_studio/auroras/
  • Sách giới thiệu GSFC POLAR của NASA. "Điều gì gây ra Cực quang?" Http://pwg.gsfc.nasa.gov/polar/EPO/northern_lights/aurora_broch.pdf
  • Trang web HÌNH ẢNH CỦA NASA. Http://image.gsfc.nasa.gov/
  • NASA IMAGE, Khám phá Từ trường của Trái đất. Http://ds9.ssl.berkeley.edu/themis/pdf/odenwald_mag_lessons.pdf
  • NASA IMAGE, The Northern Lights. Http://ds9.ssl.berkeley.edu/themis/pdf/nlbook_col.pdf
  • Vật lý Plasma Không gian MSFC của NASA, Từ quyển là gì? Http: //science.nasa.gov/ssl/pad/sppb/edu/magnetosphere/bullets.html
  • Trang chủ NASA STEREO, Thời tiết Không gian. Https://stereo.gsfc.nasa.gov/spaceweather/spaceweather.shtml
  • Sứ mệnh THEMIS của NASA, Auroras. Https://www.nasa.gov/mission_pages/themis/auroras/index.html
  • Nordlys, Northern Lights. Http://www.northern-lights.no/english/what/index.shtml
  • Petersen, F. "Aurora Borealis - The Northern Lights." Http://www.imv.uit.no/english/science/publicat/waynorth/wn1/contents.htm
  • Stern, David P. "NASA GSFC, Lời giới thiệu của một giáo viên về Từ quyển của Trái đất." Http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Education/Cluster1.htm
  • Stern, David P. "NASA GSFC, Khám phá Từ quyển của Trái đất." Http://www-istp.gsfc.nasa.gov/Escape/index.html
  • Người phụ nữ trả lời Viking, Aurora Borealis và người Viking. Http://www.vikinganswerlady.com/njordrljos.shtml
  • Windows to the Universe, Thông tin cơ bản về thời tiết không gian. Http://www.windows.ucar.edu/spaceweather/basic_facts.html