Arus ion dan fenomena magnet alami
Jika partikel bermuatan bergerak dalam gas di hadapan medan magnet luar, mereka bebas untuk menggambarkan bagian penting dari lintasan magnetronnya. Namun, setiap lintasan belum tentu selesai sepenuhnya. Itu dapat dipatahkan oleh tabrakan antara partikel yang bergerak dan molekul gas apa pun.
Tabrakan semacam itu terkadang hanya membelokkan arah gerak partikel, memindahkannya ke lintasan baru; namun, dengan tumbukan yang cukup kuat, ionisasi molekul gas juga dimungkinkan. Pada periode pasca-tabrakan yang mengarah ke ionisasi, keberadaan tiga partikel bermuatan perlu diperhitungkan—partikel asli yang bergerak, ion gas, dan elektron yang dibebaskan. Gerakan partikel pengion sebelum tumbukan, ion gas, elektron yang dilepaskan, dan partikel pengion setelah tumbukan dipengaruhi oleh pasukan Lorentz.
Interaksi partikel pengion dan terionisasi dengan medan magnet saat partikel ini bergerak dalam gas memunculkan berbagai fenomena magnet alami—aurora, nyala api, angin matahari, dan badai magnet.
Lampu kutub
Cahaya utara adalah cahaya di langit yang terkadang terlihat. wilayah kutub utara bumi. Fenomena ini terjadi akibat deionisasi molekul atmosfer setelah terionisasi oleh radiasi matahari. Fenomena serupa di belahan bumi selatan disebut cahaya selatan. Matahari memancarkan sejumlah besar energi dalam berbagai bentuk. Salah satu bentuk ini adalah partikel cepat bermuatan dari berbagai jenis, memancar ke segala arah. Partikel yang bergerak menuju Bumi jatuh ke medan geomagnetik.
Semua partikel bermuatan dari luar angkasa yang jatuh ke medan geomagnetik, terlepas dari arah awal pergerakan, berpindah ke lintasan yang sesuai dengan garis medan. Karena semua garis gaya ini keluar dari satu kutub Bumi dan memasuki kutub yang berlawanan, partikel bermuatan yang bergerak berakhir di salah satu kutub Bumi atau lainnya.
Partikel bermuatan cepat memasuki atmosfer bumi di dekat kutub menghadapi molekul atmosfer. Tabrakan antara partikel radiasi matahari dan molekul gas dapat menyebabkan ionisasi yang terakhir, dan elektron terlempar keluar dari beberapa molekul. Karena fakta bahwa molekul terionisasi memiliki lebih banyak energi daripada molekul deionisasi, elektron dan ion gas cenderung bergabung kembali. Dalam kasus di mana ion bersatu kembali dengan elektron yang hilang sebelumnya, energi elektromagnetik dipancarkan. Istilah "aurora" digunakan untuk menggambarkan bagian yang terlihat dari radiasi elektromagnetik ini.
Kehadiran medan geomagnetik merupakan salah satu faktor yang menguntungkan bagi semua bentuk kehidupan, karena medan ini berfungsi sebagai "atap" yang melindungi bagian tengah bola dunia dari pemboman terus menerus oleh partikel cepat yang berasal dari matahari.
Nyanyian api
Nyala api yang ditempatkan di medan magnet bolak-balik dapat menghasilkan suara pada frekuensi medan magnet. Nyala api terdiri dari produk gas bersuhu tinggi yang terbentuk selama reaksi kimia tertentu. Ketika, di bawah pengaruh suhu tinggi, elektron orbital dipisahkan dari beberapa molekul gas, campuran kaya elektron bebas dan ion positif tercipta.
Dengan cara ini, nyala menghasilkan elektron dan ion positif, yang dapat berfungsi sebagai pembawa arus listrik. Pada saat yang sama, nyala api menciptakan gradien suhu yang menyebabkan aliran konvektif gas yang membentuk nyala api Karena pembawa muatan listrik merupakan bagian integral dari gas, aliran konveksi juga merupakan arus listrik.
Arus listrik konveksi yang ada dalam nyala api ini, dengan adanya medan magnet luar, tunduk pada aksi gaya Lorentz. Bergantung pada sifat interaksi antara arus dan medan, penerapan medan magnet eksternal dapat menurunkan atau meningkatkan kecerahan nyala api.
Tekanan gas dalam nyala yang berinteraksi dengan medan magnet bolak-balik dimodulasi oleh gaya Lorentz yang bekerja pada aliran konveksi. Karena getaran suara dihasilkan sebagai hasil modulasi tekanan gas, nyala api dapat berfungsi sebagai transduser yang mengubah energi listrik menjadi suara.Nyala api yang memiliki sifat-sifat yang dijelaskan disebut nyala api.
Magnetosfer
Magnetosfer adalah wilayah lingkungan bumi di mana medan magnet memainkan peran dominan. Medan ini adalah penjumlahan vektor dari medan magnet Bumi sendiri, atau medan geomagnetik, dan medan magnet yang terkait dengan radiasi matahari. Sebagai benda super panas yang mengalami gangguan termal dan radioaktif yang kuat, Matahari mengeluarkan sejumlah besar plasma yang terdiri dari kira-kira setengah elektron dan setengah proton.
Meskipun plasma dikeluarkan dari permukaan Matahari ke segala arah, sebagian besar darinya, menjauh dari Matahari, membentuk jejak yang diarahkan kurang lebih ke satu arah di bawah pengaruh pergerakan Matahari di ruang angkasa. Migrasi plasma ini disebut angin matahari.
Selama elektron dan proton yang membentuk angin matahari bergerak bersama, memiliki konsentrasi yang sama, mereka tidak menciptakan medan magnet. Namun, setiap perbedaan dalam kecepatan drift mereka menghasilkan arus listrik, dan perbedaan konsentrasi menghasilkan tegangan yang mampu menghasilkan arus listrik. Dalam setiap kasus, arus plasma menghasilkan medan magnet yang sesuai.
Bumi berada di jalur angin matahari. Ketika partikel-partikelnya dan medan magnet yang terkait mendekati Bumi, mereka berinteraksi dengan medan geomagnetik. Sebagai hasil interaksi, kedua bidang berubah. Dengan demikian, bentuk dan karakteristik medan geomagnetik sebagian ditentukan oleh angin matahari yang melewatinya.
Aktivitas radiasi Matahari sangat bervariasi baik dalam waktu maupun ruang — melintasi permukaan Matahari.Saat matahari berputar pada porosnya, angin matahari berada dalam keadaan fluks. Karena Bumi juga berputar pada porosnya, sifat interaksi antara angin matahari dan medan geomagnetik juga terus berubah.
Manifestasi penting dari interaksi yang berubah ini disebut badai magnetosfer dalam angin matahari dan badai magnet dalam medan geomagnetik. Fenomena lain yang terkait dengan interaksi antara partikel angin matahari dan magnetosfer adalah aurora yang disebutkan di atas dan arus listrik yang mengalir di atmosfer sekitar Bumi dari timur ke barat.