Physique Question #197
Elise (Genre: femelle, Àge: 15 années) de l'Internet sur 10 octobre 2001 demande:
J'ai fait un bon nombre de recherche sur des auroras et je comprends presque chaque chose au sujet de eux. Les faits de base sont qu'une fois que les protons/électrons du vent solaire sont guidés par le courant du champ magnétique raye de notre magnétosphère à la terre, ils se heurtent les gaz et créent une lueur. Je voudrais créer ma propre aurore sauf que je ne pourrais pas figurer dehors comment faire un vent solaire. Je suis parvenu à trouver une manière de remplacer le courant magnétique (aimant) et les gaz (hélium/azote/oxygène). Je me demandais si vous savez je pourrais créer un vent solaire ?
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La réponse
Créer un modèle exact de l'aurore est tout à fait un difficile chargent dans un petit laboratoire. Vous pouvez simuler plusieurs des différents processus physiques des manières inexactes, mais chacun à une balance différente tels qu'elles ne s'adaptent pas ensemble comme elles en nature, ainsi vous n'obtiendrez pas le même résultat.
La source principale d'émission de lumière des aurorae sont des sauts des électrons en atomes d'oxygène hauts dans l'atmosphère. Un type de saut crée la couleur verte qui est la partie la plus lumineuse et la plus familière d'aurorae -- c'est le prétendu O (1S) - > transition électronique d'O (1D). Le rouge qui est généralement vu sur le côté supérieur des rideaux auroral verts est également produit par des atomes d'oxygène faisant des sauts électroniques, bien que ce soit un saut différent, commençant l'état passionnan'à gauche plus de de la transition ci-dessus, et finissant vers le haut dans le prétendu « terre-état », l'endroit de repos normal de l'oxygène. Il a dénoté O (1D) - > O (3P2).
Les atomes d'oxygène entrent dans ces états passionnant'en se heurtant des électrons (et à un peu de degré, aux protons) attrapés par le champ magnétique de la terre du vent solaire, et dirigés dans les régions auroral où les lignes de champ magnétique les orientent dans l'atmosphère.
Les électrons eux-mêmes peuvent être employés pour exciter le gaz très facilement -- chaque au néon signe faire juste ceci, employer un facile produire (mais aussi très dangereux !) tension pour envoyer des électrons par un gaz, les donnant un coup de pied dans des états d'énergie plus élevée.
Le problème en simulant les processus auroral dans l'atmosphère est que les transitions de l'oxygène que je mentionne au-dessus de la prise beaucoup plus longtemps pour accomplir que les transitions au néon dans un signe au néon. La transition verte j'ai décrit des prises environ 1/3 d'une seconde en moyenne pour que l'atome d'oxygène tombe de son état plus passionnan'à l'état passionnan'inférieur, et la transition rouge encore plus longtemps -- environ 104 secondes en moyenne. Et les atomes doivent être entièrement calmes, parce que s'ils se heurtent d'autres atomes tandis que passionnants, ils perdent leur énergie d'excitation dans la collision.
Pour cette raison, la pression doit très bas, de sorte qu'il n'y ait pas beaucoup de chance d'un atome d'oxygène rencontrant un autre atome d'oxygène dans la période entre quand il obtient passionnan'en se heurtant un électron énergique, et le moment où il se délabre. Déjà pour la ligne verte, cette pression est tout à fait petite ; pour la transition rouge, la condition est un vide difficile à obtenir en dehors d'un laboratoire relativement bon (c'est pourquoi des aurorae rouges sont vus aux dessus des rideaux auroral verts, où la pression est inférieure -- le rouge qui fringe parfois les rideaux inférieurs des aurorae très lumineux est produit par un processus physique entièrement différent).
Et également pour cette raison, la lumière produite dans un petit secteur est vanishingly petite, parce que pas beaucoup d'atomes participent. L'aurore de la nature sont produites au-dessus de beaucoup de milles de gaz. Même si une expérience de laboratoire reproduisait ces conditions, elle exigerait des détecteurs sensibles d'enregistrer un peu de lumière très produit en petit volume de gaz simulant l'atmosphère supérieure.
Mais d'une petite manière, chaque signe au néon ou tout autre signe de décharge de gaz que vous voyez est une simulation d'une petite manière des aurorae, seulement en utilisant les gaz qui dégringolent vers le bas de leurs états passionnants d'une manière beaucoup plus rapide, produisant la lumière brillante dans un petit secteur. Pour la vraie chose, l'extérieur juste d'étape si vous êtes assez chanceux pour vivre dans le nord, et apprécient le propre laboratoire de la nature.
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