پلاسماهای ژئوفیزیکی

پلاسماها نه تنها در کیهان ، بلکه در منظومه شمسی ما نیز فراوانند . حتی در همین همسایگی زمین ، همه ماده ی روی ارتفاع 100 کیلومتری در داخل و بالای یونسفر می باید با استفاده از روشهای ژئوفیزیک پلاسما بررسی شوند . تعداد زیادی از پلاسماهای ژئوفیزیکی مختلف با گستره ی زیادی از پارامترهای مشخصه مانند چگالی و دما وجود دارند .

باد خورشیدی

خورشید ، ناشی از انبساط فرا صوتی تاج خورشیدی ، پلاسمایی یا رسانش بالا را در سرعتهای فراصوتی ، حدود 500 به درون فضای بین سیاره ای گسیل می کند .

این پلاسما ، (باد خورشیدی ) نامیده می شود و عمدتا شامل الکترونها و پروتونها با آمیزه ای از 5 % یونهای هلیم است . به علت رسانش بالا ، میدان مغناطیسی خورشیدی در پلاسما منجمد می شود ( نظیر مورد یک ابررسانا ) و توسط باد خورشیدی در حال گسترش به سمت بیرون کشیده می شود . مقادیر نوعی چگالی الکترونی و دما در باد خورشیدی نزدیک زمین عبارتند از ) . میدان مغناطیسی بین سیاره ای در حدود است .

باد خورشیدی در برخوردش با میدان دوقطبی مغناطیسی زمین نمی تواند بسادگی در آن نفوذ کند ولی کند شده و به مقدار زیادی حول آن انحراف می یابد . چون باد خورشیدی با سرعت فراصوتی  به مانع بر می خورد لذا یک موج ضربه (شوک) کمانی تولید می شود که در آن پلاسما کند شده و کسر مهمی از انرژی جنبشی ذرات به انرژی گرمایی تبدیل می شود . ناحیه گرماییده پلاسمای فروصوتی واقع در پشت شوک کمانی ، غلاف مغناطیسی نامیده می شود . پلاسمای آن چگالتر و گرمتر از پلاسمای باد خورشیدی بوده ومقادیر و شدت میدان مغناطیسی در این ناحیه بالاترند.

مغناطوسپهر

پلاسمای باد خورشیدی شوک دیده در غلاف مغناطیسی ، نمی تواند به بسادگی به میدان مغناطیسی زمین نفوذ کند ، بلکه عموما حول آن منحرف می شود . این کار نتیجه ای از این واقعیت است که خطوط میدان مغناطیسی بین سیاره ای نمی تواند به خطوط میدان زمین نفوذ کند و اینکه ذرات باد خورشیدی نم توانند خطوط میدان بین سیاره ای را ناشی از ویژگی انجمادی مذکور در پلاسمای بشدت رسانا ، ترک کنند . مرز جدایی دو ناحیه ی مختلف ، مغناطو سپهر نام گرفته است . فشار جنبشی پلاسمای باد خورشیدی قسمت خارجی میدان دو قطبی زمین را وا می پیچد . باد خورشیدی این میدان را در سمت جلو متراکم می کند ، در حالیکه همین میدان مغناطیسی در شب سمت (در پشت) رو به بیرون تا درون یک دم مغناطیسی دراز ، که تا ورای مدار ماه گسترده است ، کشیده می شود .

پلاسمای داخل مغناطو سپهر عمدتا شامل الکترونها و  پروتونها است و تولید این ذرات از باد خورشیدی و یونسفر زمین سرچشمه می گیرند . بعلاوه مغناطوسپهر حاوی درصد کمی از یونهای با منشا یونسفری و تعدادی یونهای ناشی از باد خورشیدی است و البته پلاسمای داخل مغناطو سپهر توزیع یکنواختی ندارد ، بلکه به نواحی مختلفی با چگالی ها و دماهای کاملا متفاوتی گروه بندی شده اند .

کمربند تششعی بر روی خطوط میدان دو قطبی تقریبا از 2 تا (، شعاع زمین مساوی 6371 کیلومتر ) قرار دارد . این کمر بند شامل الکترونها و یونهای پر انرژی است که در راستای خطوط میدان حرکت کرده و بین دو نیمکره به جلو و عقب نوسان می کنند . چگالی و دماهای معمولی الکترون در کمربند تششعی برابر است . دامنه شدت میدان مغناطیسی تقریبا 100 تا 1000 گسترده است .

عمده ی پلاسمای دم مغناطیسی در حوالی صفحه ی میانی دم در برگه لاسمایی به ضخامت حدود 10 ، متمرکز است . در نزدیکی زمین ، این برگه ی پلاسما به شفق یونسفری به عرض جغرافیایی بالا و در راستای خطوط میدان می رسد . چگالی و دمای میانگین الکترون در برگه ی پلاسما برابر و و با است . بخش خارجی دم مغناطیسی (آویز دم مغناطیسی ) نامیده می شود . این ناحیه حاوی پلاسمای بسیار رقیقی با مقادیر نوعی برای چگالی الکترونی و دما و شدت میدان مغناطیسی ، به ترتیب برابر با و و با است .

یونسفر

نور فرابنفش خورشیدی تابیده بر اتمسفر (جو) زمین ، کسری از ذرات خنثای جو را  یونیده می کند . در ارتفای بالاتر از 80 کیلومتری ، بر خوردها بسیار کمتر از آنند که مجال باز ترکیب سریعی در میان باشد و لذا در آنجا یک تجمع یونیده دایمی موسوم به یونسفر تشکیل می شود . چگالی ها و دماهای نوعی یونسفر در نیمه عرض جغرافیایی آن عبارتند از . شدت میدان مغناطیسی از مرتبه 10 است .

یونسفر تا ارتفاع نسبتا بالا گسترده است ، و در عرضهای جغرافیایی پایین و متوسط به تدریج به درون پلاسما سپهر رسوخ می کند . پلاسمای سپهر عبارت از یک حجم چنبره ای شکل در داخل کمربند تششعی است . این حجم شامل یک پلاسمای سرد ولی چگالی با منشا یونسفری است .

که همراه با زمین می چرخد . در صفحه ی استوایی ، پلاسماسپهر تا حدود گسترده است . جایی که در آن چگالی با کاهش تیزی به حدود می رسد این مرز را پلاسما پوز می نامند .

در عرض جغرافیایی بالا ، الکترونهای موجود در برگه پلاسما می توانند در راستای خطوط میدان مغناطیسی ، تا ارتفاعات یونسفری پایین آیند ، که در آنجا با ذرات خنثای جو برخورد کرده و آنها را یونیده می کنند . فوتونهای گسیلیده از این روند ، به صورت یک محصول جانبی ، نور شفق قطبی را تولید می کند . این شفقها نوعا در داخل (شفق تخم مرغی ) که این یکی شامل ردپاهایی از آن خطوط میدانی است که رگه های برگه ی پلاسما را بهم می دوزند . در داخل شفق تخم مرغی جام  قطبی قرار دارد که توسط خطوط میدان متصل به آویز دم مغناطیسی دوخته می شود .