磁层电流

时间:2024-03-31 11:07:20

  在地球物理学中的等离子体,通常并不是静止的,而是会在外部作用力的影响下运动。有时离子和电子会一起运动,如太阳风。但是在一些情况下,离子和电子沿不同的方向运动,形成电流。这些电流对于地球等离子体环境的动力学过程非常重要。它们传输电荷、质量、动量和能量。此外,这些电流也会产生磁场,严重改变或者扭曲之前已经存在的磁场。
磁层电流
  实际上,地球偶极磁场向磁层典型的形状变形,就伴随着电流。如上图所示。在向阳侧,地球磁场被压缩,伴随着穿过磁层顶的电流,即磁层顶电流(magnetopause current)。而在夜侧磁层的尾状场伴随着尾电流(tail current),在它尾部的表面,并且后面跟着中心等离子体片的中性片电流(neutral sheet current),它们相互连接,沿着地球与太阳的连线看,它们形成一个Θ\Theta形状的电流系统。
  另一个影响内磁层结构的大尺度的电流系统是环电流(ring current)。环电流在距离地球几个地球半径的位置,向西环绕地球,并且这个电流是由辐射带中的粒子携带的。此外由于这些粒子的弹跳运动,它们会绕着地球缓慢漂移,质子向西漂移而电子向东漂移,从而建立了净电荷传输。
  在地球海拔100150km100-150km处的电离层中的导电层中,存在大量的电流系统。最值得注意的是极光卵内的极光电喷流(auroral electrojets),向阳侧中纬电离层的Sq电流(Sq current),以及磁赤道附近的赤道电喷流(equatorial electrojet)。
  除了上述的垂直于磁场的电流,还存在沿着磁力线的电流。上图所示的场向电流将磁层中的磁层电流系统连接到极地电离层中的电流系统。场向电流主要由电子携带,对于两个区域的能量和动量的交换是必需的。

注:图片来自Basic Space Plasma Physics.