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Physik, 12 B-Felder - Teilchen
auf Kreisbahnen (Polarlichter) |
Schraubenbahnen
Normalerweise werden nur
Bewegungen von geladenen Teilchen senkrecht zum Magnetfeld untersucht.
Für das Verständnis des Polarlichts ist es notwendig zu wissen, was sich
für Bahnkurven ergeben wenn Teilchen eben nicht senkrecht auf
Magnetfelder treffen.
Es ist möglich
Teilchen "schräg einzuschießen". Der einzugebende Winkel ist
die Abweichung vom rechten Winkel zwischen Magnetfeld und Geschwindigkeit
des Teilchens. Außerdem kann
die Teilchensorte (Elektron (-e), Proton (+e) und Deuterium (+2e)
verändert werden.
Polarlichter
 Das Polarlicht ist seit
der Antike wohlbekannt. Es tritt in Form von farbigen Bändern, Fäden,
Fahnen, Flammen und Vorhängen im wesentlichen in den nördlichen
Breiten auf, kann aber auch bei uns beobachtet werden.
Den Mythen der Eskimos nach wird das Polarlicht dadurch
hervorgerufen, dass die Geister der Verstorbenen am Himmel ein
Ballspiel abwickeln, wobei ein hin und her geworfenen Walrossschädel
das Leuchten erzeugt.
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 Eine andere frühere
Vorstellung, die aufs erste recht plausibel klingt, ging davon
aus, dass es sich bei dem in Höhen zwischen 100 bis 1000 km
abspielenden Ereignis um Sonnenlicht handelt, das an Eiskristallen
in der Atmosphäre reflektiert und in seine Bestandteile zerlegt
wird. Dies konnte Anders Jonas Ångström 1888 wiederlegen, da er
wesentliche Unterschiede zwischen dem Licht des Polarlichts und
dem Sonnenlicht nachwies. Er analysierte das Spektrum des
Polarlichtes und verglich es mit dem der Sonne. Dabei kam er zu
dem Ergebnis, dass viele Wellenlängen, die im Sonnenspektrum
vertreten sind, im Spektrum des Polarlichts völlig fehlten.
Dadurch konnte ausgeschlossen werden, dass es sich dabei um
reflektiertes Sonnenlicht handelt.
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Heute weiß man, dass
Polarlichter durch die Sonnenwind genannte Teilchenstrahlung, die
hauptsächliche aus Elektronen und Protonen hervorgerufen wird.
Diese von der Sonne ausgehende Teilchenstrahlung (nicht Licht)
trifft auf das erdmagnetischen Feld und verbiegt dieses, so dass
das erdmagnetische Feld zur Sonnenabgewandten Seite wie ein
Kometenschweif hinausgedrückt wird.
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 Die Magnetosphäre der
Erde
Die dunklere Seite der Erdkugel stellt die Nachtseite dar, die
hellere die Tagseite. Man sieht auf die Abendseite des
Nordlicht-Ovals. Die Morgenseite ist nicht sichtbar, da sie auf
der dem Betrachter abgewandten Seite der Erde liegt.
Bugstoßwelle ist die Region, an der die Sonnenwindteilchen die
erst große Abbremsung erfahren.
Magnetopause ist die Region, an der Erdfeld und Sonnenwindfeld
etwa gleich stark sind.
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 Auf die Elektronen und Protonen wirkt die
Lorentzkraft des Magnetfeldes , das aus dem vom Sonnenwind
verschobenen Feld der Sonne und dem Erdfeld resultiert. Protonen
und Elektronen werden aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladung in
verschiedene Richtungen abgelenkt. Aus Erdsicht sähe man, wie die
Protonen nach rechts und die Elektronen nach links abgelenkt
werden. Das im hohen Norden einmündende Magnetfeld lässt eine
negative und eine positive Ladungswolke entstehen. Der negative
Ladungspol liegt auf der Abendseite, der positive auf der
Morgenseite. Zwischen diesen Ladungswolken baut sich in der
Magnetosphäre ein elektrisches Feld auf, wodurch eine Art natürlicher
Polarlichtgenerator entsteht.
Quelle: Polarlichtseite
Leidmann |
 Da in der Magnetosphäre noch einzelne Luftmoleküle
vorhanden sind, die durch die UV-Strahlung der Sonne und den
Sonnenwind ionisiert werden, fließt ein Strom zwischen den beiden
Ladungspolen, und zwar von der Morgenseite ( + Pol) zur Abendseite
( - Pol).
Dies ist der eine Teil, wie durch das Magnetfeld Ladungsbewegungen
(unten Elektronen und Protonendrift bezeichnet) in der Magnetosphäre
entstehen. |
 Ein anderer ist das Einfangen geladener Teilchen im
inneren Magnetfeld der Erde. Sowie Elektronen oder Protonen in
diesen Bereich (Van Allen Gürtel) kommen werden sie wie in einer magnetischen
Flasche festgehalten und gelangen nur in Polnähe in die obere
Atmosphäre. |
 Sowie die Elektronen und Protonen in die Atmosphäre
gelangen, regen sie die Luftmoleküle wie beim Versuch
mit dem Fadenstrahlrohr zum Leuchten an. Dies geschieht gewöhnlich
zwischen 65 und 400 km Höhe, bei erdmagnetischen Stürmen wird es
gelegentlich bis 1200 km beobachtet. |
 Die Aufnahmen wurden von der Raumfähre Discovery
gemacht, die im Auftrag des US Verteidigungsministeriums
untersuchen sollte, wie die Polarlichter die Frühwarnsysteme für
Interkontinentalraketen stören können. |
 Eine Raumfähre flog sogar einmal durch ein
Polarlicht hindurch. Während der Durchquerung sahen die
Astronauten Lichtblitze, auch wenn sie ihre Augen geschlossen
hielten. Die geladenen Teilchen gingen durch die Wände der Raumfähre
und den Augapfel, reagierten mit Atomen des Körpers und erzeugten
dabei die Blitze.
Quelle : fh-wiesbaden |
Wer mehr Bilder und zusätzliche Information sucht, findet diese auf der
Aurora-Seite
der University of california
magnetische
Flasche
Je nach Art des Eintritts und
des Magnetfeldes durchlaufen geladene Teilchen verschiedene Bahnkurven.
Eintritt senkrecht zum
Feld Kreis senkrecht zu B
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Eintritt schräg zum Feld Schraubenlinie mit gleich bleibendem Radius r und gleich bleibender
Ganghöhe h
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Eintritt in inhomgenes
Feld Schraubenspirale mit wachsendem Radius und Bewegung
zum schwächer |
 Das Teilchen umkreist die Magnetfeldlinien in
Schraubenlinien und wird wenn es sich auf die zusammenlaufenden
Feldlinien zubewegt wieder zur größeren Ausbuchtung der Feldlinien
zurückgedrückt. Es ist gefangen wie in einer Flasche |
(C) LEIFI
letzte Änderung: 24.8.2004 |
