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白克蘭電流

指数 白克蘭電流

白克蘭電流是沿著聯結地球磁層的磁場線流進地球高緯度電離層的一股電流。在地球的磁層,這股電流由太陽風和行星際磁場以及體積龐大的電漿驅動著(由行星際磁場間接的驅動著它們的對流)。白克蘭電流的強度與磁層中的活動一起變化(例如在期間)。在朝上的電流片(電子向下流動)中小尺度的擾動加速磁層中的電子,當它們抵達大氣層的上層,就會創造出極光(南極光和北極光)。在高緯度的點離層(或極光帶),白克蘭電流經由在該區電離層垂直於磁場線的極光接通。兩對白克蘭電流在場匹配電流片中成對的出現,一對由正午處通過黃昏側延伸到子夜處,另一對從正午區經由黎明側也延伸到子夜區。在極光帶高緯度這一側的電流片稱為第一區,低緯度那一側的電流片稱為第二區。 這種電流是曾經遠征北極圈研究極光的挪威探險家兼物理學家克里斯汀·白克蘭在1908年預測的。他使用簡單的測量磁場儀器,重新發現安德斯·攝爾修斯和他的助理在一個多世紀前的發現:當極光出現時磁強計會改變方向。這可能只意味著電流在大氣層之上流動,但他從理論上說明不知何故太陽會發出陰極射線 out-of-print, full text online,和從現在被稱太陽風的粒子進入地球的磁場並創造出電流,從而產生極光。這種看法受到當時其他的研究者蔑視,但在1967年,一顆衛星被發射進入極光帶,顯示白克蘭預測的電流確實存在。為了尊崇他和他的理論,這種電流被命名為白克蘭電流。在露西·賈戈的書中對白克蘭電流的發現有著很好的說明。 瑞典阿爾芬實驗室的名譽教授寫道:"為甚麼對白克蘭電流特別感興趣?是因為電漿被迫攜帶它們,而它們會導致大量的物理過程(、不穩定性、精細結構的形成)。這些又回過頭來導致像是包括正和負的、和元素分離(像是氧離子的差別彈射)。瞭解這兩類現象在天文物理上獲得的利益遠超過了解我們地球自己的太空環境。".

目录

  1. 9 关系: 太陽圈電流片不稳定性伯克兰电流克里斯蒂安·伯克兰磁层等离子体木星的磁層流量管

太陽圈電流片

太陽圈電流片(Heliospheric current sheet,缩写为HCS)或太陽圈電流頁Dr.是太陽系內部磁場極性发生轉換的表面,這個區域在太陽圈內沿著太陽赤道平面延伸。电流片的形状是受到行星際物質中太阳磁场旋转的影响而形成的,厚度大約为10,000公里,有一小股电流在电流片中流动,大小约为10-10A/m2。 电流片下面的磁场称为行星际磁场,其产生的电流构成了一部分太陽圈電流迴路Israelevich, P.L., et al., 2001, Astronomy and Astrophysics, 376, 288.

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不稳定性

在許多領域中,不穩定是指一個可由其輸出或內在狀態描述的系統,其狀態可能會不受限制的成長(有時會稱為發散)。另一個對應的詞是,穩定有許多種定義,其中一種定義是指對系統施加一個小型的外擾,使系統離開一平衡狀態,外擾去除後,系統會回到原來的平衡狀態。 以右圖為例:.

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伯克兰电流

#重定向 白克蘭電流.

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克里斯蒂安·伯克兰

克里斯蒂安·奥拉夫·本哈德·伯克兰(Kristian Olaf Bernhard Birkeland,)是一位挪威科学家。他最负盛名的成就是阐明了极光的原理。为了获得研究极光的资金,他还发明了線圈砲和从空气中固氮的。伯克兰被提名诺贝尔奖达七次之多。.

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磁层

磁層是一个天体周围、以该天体的磁场为主的地区。地球、木星、土星、天王星和海王星的周围均有磁層。火星仅有局部的磁场,因此不能形成一个磁層。除此之外其它拥有磁场的天体如脉冲星也有磁層。.

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等离子体

--(又稱--)是在固態、液態和氣態以外的第四大物質狀態,其特性與前三者截然不同。 氣體在高溫或強電磁場下,會變為等離子體。在這種狀態下,氣體中的原子會擁有比正常更多或更少的電子,從而形成陰離子或陽離子,即帶負電荷或正電荷的粒子。氣體中的任何共價鍵也會分離。 由於等離子體含有許多載流子,因此它能夠導電,對電磁場也有很強的反應。和氣體一樣,等離子體的形狀和體積並非固定,而是會根據容器而改變;但和氣體不一樣的是,在磁場的作用下,它會形成各種結構,例如絲狀物、圓柱狀物和雙層等。 等離子體是宇宙重子物質最常見的形態,其中大部分存在於稀薄的星系際空間(特別是星系團內介質)和恆星之中。.

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氫是一種化學元素,其化學符號為H,原子序為1。氫的原子量為,是元素週期表中最輕的元素。單原子氫(H)是宇宙中最常見的化學物質,佔重子總質量的75%。等離子態的氫是主序星的主要成份。氫的最常見同位素是「氕」(此名稱甚少使用,符號為1H),含1個質子,不含中子;天然氫還含極少量的同位素「氘」(2H),含1個質子和1個中子。 氫原子最早在宇宙復合階段出現並遍佈全宇宙。在標準溫度和壓力之下,氫形成雙原子分子(分子式為H2),呈無色、無臭、無味非金屬氣體,不具毒性,高度易燃。氫很容易和大部份非金屬元素形成共價鍵,所以地球上大部份的氫都以分子的形態存在,比如水和有機化合物等。氫在酸鹼反應中尤其重要,因為在這類反應中各種分子須互相交換質子。在離子化合物中,氫原子可以獲得一個電子成為氫陰離子(H−),或失去一個電子成為氫陽離子(H+)。雖然在一般寫法中,氫陽離子就是質子,但在實際化合物中,氫陽離子的實際結構是更為複雜的。氫原子是唯一一個有薛定諤方程式解析解的原子,所以對氫原子模型的研究在量子力學的發展過程中起到了關鍵的作用。 16世紀,人們通過混合金屬和強酸,首次製備出氫氣。1766至1781年,亨利·卡文迪什第一次發現氫氣是一種獨立的物質,燃燒後會產生水。安東萬-羅倫·德·拉瓦節根據這一性質,將其命名為「Hydrogen」,在希臘文中意為「生成水的物質」。19世纪50年代,英国医生合信编写《博物新编》(1855年)时,把元素名翻译为“轻气”,成為今天中文「氫」字的來源。 氫氣的工業生產主要使用天然氣的蒸汽重整過程,或通過能源消耗更高的水電解反應。大部份的氫氣都在生產地點直接使用,主要應用包括化石燃料處理(如裂化反應)和氨生產(一般用於化肥工業)。在冶金學上,氫氣會對許多金屬造成氫脆現象,使運輸管和儲存罐的設計更加複雜。.

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木星的磁層

木星的磁層是太陽風在木星的磁場創造出來的空腔(太陽風的低密度空間),在朝向太陽的方向上延伸超過700萬公里,背向太陽的方向上則幾乎達到土星的軌道。木星的磁層是太陽系的行星磁層中最強大,也是體積最大的連續結構體(僅次于日球)。比起地球的磁層,木星的磁層更寬且更扁平,而且強了數個數量級,它的磁矩大約是地球的18,000倍。早在1950年代末期,無線電波的觀測就首先推測出木星磁場的存在,先鋒10號在1973年更直接測量到木星的磁場。 木星內部的磁場是由液態金屬氫構成的外核電流產生的。木星衛星,埃歐上的火山噴發,產生大量的二氧化硫氣體進入太空,在木星的附近形成巨大的氣體環,木星的磁場迫使這個環以與木星自轉相同的方向與相同的角速度旋轉。這些環攜帶了與電漿在一起的磁場,在過程中它被拉成煎餅狀的結構,稱為磁盤。結果是,木星的磁層是由埃歐的電漿和它自身的旋轉決定了形狀,而不像地球的磁層形狀是由太陽風造成的。磁層中強大的電流在木星的極區形成永駐的極光和強烈多變的無線電波,圍繞著木星的極軸,這意味著木星可以被視為非常微弱的電波脈衝星。木星的極光幾乎包括所有的電磁波頻譜,像是紅外線、可見光、紫外線和軟X射線。 木星的磁層有捕獲粒子並使粒子加速的作用,產生類似地球的范艾倫輻射帶,但強大了千萬倍輻射帶。高能粒子與木星巨大的衛星表面的交互作用,對它們的物理和化學性質有顯著的影響。這些相同的粒子也影響木星稀薄的行星環內的粒子。輻射帶的存在很明顯地會危害探測器和在太空旅行的人類。.

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流量管

流量管是一種類似管狀的圓柱體,存在於在太空中的磁場範圍內,在這些領域內與側面的表面是平行的。管的橫斷面和其中包含的場在沿著管子長度的方向上或許有變化,但是磁通量永遠是一個常數。 在天文物理的應用上,流量管通常有強大的磁場和其他與周圍的太空不一樣的特性。它們通常在恆星,包括太陽的周圍被發現,有許多流量管的直徑大約是300公里。太陽黑子也會與直徑2500公里的大流量管結合;有些行星也有流量管,最著名的例子就是木星和衛星埃歐之間的流量管。.

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