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Corriente de Birkeland
(Electrojet)
Una corriente de
Birkeland es una corriente eléctrica en un espacio de
plasma, más específicamente a
partículas cargadas que se desplazan a lo largo de las líneas de
campo magnético (por ello, las corrientes de Birkeland también son
llamadas corrientes alineadas con el campo).
Las mismas son
causadas por el movimiento de plasma en forma perpendicular a un
campo magnético. A menudo las corrientes de Birkeland poseen una
estructura magnética en filamentos o similar a una "soga retorcida".
Originalmente las
corrientes de Birkeland se referían a corrientes eléctricas que
contribuyen a formar la
aurora, causadas por la interacción
del plasma en el
viento solar con la
magnetosfera de la Tierra.
La corriente
circula en dirección Este por el lado naciente de la
ionosfera terrestre, alrededor de
las regiones polares, y hacia el espacio por el lado poniente de la
ionosfera.
Estas corrientes de
Birkeland en épocas modernas son llamadas electrojets de la aurora.
Las corrientes fueron predichas en 1903 por el explorador y físico
noruego
Kristian Birkeland, quien realizó
expediciones al
círculo ártico para estudiar la
aurora.
Carl-Gunne Fälthammar profesor
emérito del Laboratorio Alfvén en Suecia, escribió en (1986):
«Una razón por la cual las corrientes de
Birkeland son especialmente interesantes es que, en el plasma que
las transporta, ellas producen varios procesos físicos como ser,
ondas,
inestabilidades y formación de
estructura fina.
Estos a su vez
producen la
aceleración de partículas cargadas,
tanto positivas como negativas, y la separación de elementos (tal
como la eyección preferencial de iones de oxígeno).
Ambas clases de
fenómenos poseen una importancia astrofísica que va más allá de la
comprensión del espacio inmediato que rodea al planeta Tierra».
Características
Las corrientes de
Birkeland de una aurora pueden alcanzar valores de 1 millón de
Amperes.2
Pueden calentar la alta atmósfera lo que produce un incremento en la
fuerza de rozamiento que actúa sobre los satélites artificiales
ubicados en órbitas de baja altitud.
También es
posible generar corrientes de Birkeland en el laboratorio mediante
generadores de
potencia pulsante de muchos
teravatios.
La sección
transversal del patrón así obtenido muestra un haz de electrones
huecos, tipo un círculo con
vórtices, lo que se denomina la
inestabilidad diocotrón3
(que posee algunas similitudes con la
inestabilidad de Kelvin-Helmholtz),
y que puede degenerar en un patrón de tipo filamentos. Esto puede
ser observado en la aurora y se los llama "bucles
de aurora".4
Las
corrientes de Birkeland son también uno de los tipos de fenómenos de
plasma llamados
z-pinch, porque los campos
magnéticos azimutales producidos por la corriente comprimen la
corriente en una estructura tipo un filamento
Complejas líneas de campo magnético
entrelazadas y corrientes eléctricas de una corriente de Birkeland
que se desarrolla en un
plasma.
Esta también
se puede retorcer, produciendo un
pinch helicoidal en
espirales similares a una soga retorcida, lo que por lo
general se identifica como una típica corriente de Birkeland.
Pares de
corrientes de Birkeland paralelas pueden interactuar; corrientes de
Birkeland paralelas que se mueven en la misma dirección se atraen
con una fuerza electromagnética inversamente proporcional a la
distancia que las separa (Notar que en forma similar a la
fuerza de gravedad); la fuerza
electromagnética entre partículas individuales es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia que las separa; corrientes
de Birkeland paralelas pero que se mueven en direcciones opuestas se
repelen con una fuerza inversamente proporcional a la distancia que
las separa.
Existe
también una componente circular de corto alcance de la fuerza entre
dos corrientes de Birkeland que es opuesta a las fuerzas paralelas
de mayor alcance.5
Los electrones que
se desplazan por una corriente de Birkeland pueden ser acelerados
mediante un plasma de doble capa. Si
los electrones alcanzan velocidades relativistas (próximas a la
velocidad de la luz) pueden entonces producir un
Bennett pinch, que es un campo
magnético en espiral que emite
radiación de sincrotrón que incluye
radio,
ópticas (es decir
luz),
rayos x, y
rayos gamma.
Referencias
- Alfvén, Hannes (1939), Theory of Magnetic
Storms and of the Aurorae, K. Sven. Vetenskapsakad. Handl., ser.
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- Alfvén, Hannes, "Double
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- Birkeland, Kristian (1908), The Norwegian
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Geophysical Research, vol. 80, Sept. 1, 1975, p. 3571-3579
- Schield, M. A.; Freeman, J. W.; Dessler,
A. J., (1969) "A
Source for Field-Aligned Currents at Auroral Latitudes",
Journal of Geophysical Research, Vol. 74, p.247
- Zmuda, A. J.; Martin, J. H.; Heuring, F.
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magnetic disturbances at 1100 kilometers in the auroral region,"
J. Geophys. Res., vol. 71, p. 5033, 1966.
- Zmuda, A. J.; Armstrong, J. C.; Heuring,
F. T. "Characteristics of transverse magnetic disturbances
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75, p. 4757, 1970.
Bibliografía
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Special Issue of Astrophysics and Space Science"
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- Alfvén, Hannes,
On the Filamentary Structure of the Solar Corona (1963)
- Alfvén, Hannes,
Currents in the Solar Atmosphere and a Theory of Solar Flares
(1967)
- Alfvén, Hannes,
On the Importance of Electric Fields in the Magnetosphere and
Interplanetary Space (1967)
- Carlqvist, P.,
Cosmic electric currents and the generalized Bennett relation,
Astrophysics and Space Science (ISSN 0004-640X), vol.
144, no. 1-2, May 1988, p. 73-84. (1988)
- Cloutier, P. A.; Anderson, H. R.
Observations of Birkeland currents (1975)
- Potemra, T. A.
Observation of Birkeland currents with the TRIAD satellite
(1978)
Enlaces externos
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