Physics / Astronomy / Earth
Polarlicht (Magnetosphäre)
Ein geladenes Teilchen auf einer echten Dipol-Feldlinie: es wird gespiegelt, bevor es die Atmosphäre erreicht, oder es fällt aus - entschieden allein durch seinen Pitchwinkel.
Was passiert
Das Magnetfeld eines Planeten ist (in guter Näherung) ein schlichter Dipol - dieselbe Form wie bei einem Stabmagneten, nur riesig. Ein geladenes Teilchen, das auf einer Feldlinie gefangen ist, spiralt an ihr entlang, und während das Feld zu den Polen hin stärker wird, zwingt dasselbe Erhaltungsgesetz, das die Pirouette einer Eiskunstläuferin mit angelegten Armen beschleunigt, auch die Kreisbewegung des Teilchens um die Feldlinie schneller zu werden - und da seine Gesamtgeschwindigkeit sich nie ändert, muss seine Bewegung ENTLANG der Feldlinie dafür langsamer werden. Wird es überwiegend quer zum Feld gestartet (steiler Pitchwinkel), kommt es lange vor der Atmosphäre zum Stehen und kehrt um - ein magnetischer Spiegel. Wird es überwiegend längs des Feldes gestartet (flacher Pitchwinkel), gibt es zu wenig Querbewegung zum Umwandeln, und es reitet die Feldlinie geradewegs hinunter in die Atmosphäre - Ausfall, und genau das zieht das Polarlicht zu einem Ring um jeden Pol zusammen.
Gleichungen des Moduls
Gleichungen μ = v_perp² / B (erste adiabatische Invariante) Magnetische Reflexion an der Stelle B = B₀ / sin² α₀ Dipol: B ∝ √(1 + 3 sin² λ) / r³; Verlustkegel → Aurora Verlustkegel am Äquator der Schale L: sin²α_lc = 1/L³ / √(4 − 3/L): 16.3° bei L = 2, 8.4° bei L = 3, 5.3° bei L = 4; gestartet über 2°…88°, der Anteil darin ist (α_lc − 2)/86: 7.5 % bei L = 3 Das Aurora-Oval: Teilcheneinschlagspositionen gruppiert in einem Raster von 64 × 32 auf der Kugel, verblassen mit τ = 12 s; grün 557.7 nm in niedriger Höhe, rot 630.0 nm in hoher Höhe, aus derselben Karte
