Yermanyetizma Yer Manyetik Alanın Dış Kaynaklı Değişimi

Dış kaynaklı alanın kaynağı; Manyetosfer ve İyonosfer Güneşten yayımlanan başlıca elektron, proton ve helyum çekirdeği gibi elektrik yüklü partikül akımına Güneş Rüzgarları adı verilir. Güneş rüzgarları; hemen hemen eşit sayıda zıt elektrik yüklü iyonlar içeren düşük partikül yoğunluklu iyonize gazlardan oluşan bir plazmadır. Güneş rüzgarları ile yermanyetik alanın karşılıklı etkileşime girdiği bölgeye manyetosfer adı verilir (Şekil). Yer yarıçapının birkaç katı genişliğinde olan bu bölgede yermanyetik alanın akı çizgilerinin şekli değişime uğrar. Manyetosferin şematik kesiti.

Güneş rüzgarlarının hızı 450 km/sn civarındadır. Yerküreden yaklaşık 15 yer yarıçapı kadar uzakta, Yerkürenin Güneşe bakan yüzünde, Güneş rüzğarları yukarı atmosfere büyük bir hızla çarparlar. Bu çarpma bölgesine ingilizce bow-shock region adı verilir. Bu bölge manyetosferin üst sınırıdır. Bu bölgede Güneş rüzgarlarının hızı yavaşlar ve ısısı artar. Güneş rüzgarları şok cephesini geçtikten sonra Yerkürenin etrafında kıvrılır. Girdap hareketlerinin olduğu bu bölgeye ingilizce magnetosheath denir.

Güneş rüzgarlarının hareket eden yüklü partikülleri elektrik akımları ve elektrik akımları da ingilizce interplanetary magnetic field adı verilen manyetik alan meydana getirirler. Bu manyetik alan Yerkürenin Güneşe bakan tarafındaki yermanyetik alanına bir kuvvet uygular ve sıkıştırır. Diğer taraftaki (gece) alanı ise zayıflatır ve kuyruk şeklinde uzatır.

Yerküreden çok uzaklara dek giden (otuz- kırk yer yarıçapı) bu kuyruğa İngilizce magnetotail adı verilir. Ayrıca sıkışan ve deforme olan yermanyetik alan ile magnetosheath arasındaki geçiş bölgesine İngilizce magnetopause adı verilir. Magnetopause bölgesinden içeri giren yüklü partiküller yermanyetik alan çizgileri tarafından tutulurlar ve Van Allen radiation belts adı verilen bir kuşak oluştururlar. Van Allen kuşağı yermanyetik dipol eksenine simetrik olacak şekilde Yerkürenin iki tarafında ay çöreği şeklinde yer alırlar

Ayrıca kuşak kendi içinde iç ve dış kuşak olarak ikiye ayrılır. İç kuşak proton, dış kuşak ise elektron içerir. Her iki kuşaktaki yüklü partiküller manyetik alan çizgileri etrafında helezon hareketleri yaparlar (Şekil). Yerkürenin manyetik kutup bölgelerine yaklaştıkça partiküllerin helezon hareketlerinin genlikleri azalır, meydana getirdikleri alan şiddetleri artar. Kutup bölgelerinde genliği sıfıra yaklaşan partiküller alan çizgilerini takip ederek bir kutuptan diğerine hızla hareket ederler. Van Allen kuşağının iç kuşağı Yerkürenin yüzeyinden 1000 km sonra başlar 3000 km ye dek devam eder. Dış kuşak ise ile km arasında yer alır. Van Allen Kuşağının şematik kesiti.

James A. Van Allen ( )

Manyetosfer ve iyonosferde çok sayıda elektrik akım kaynakları mevcuttur. Bu elektrik akım kaynaklarının oluşturduğu manyetik alanlar Yerküre’nin dönmesine ve Güneş rüzgarlarının aktivitesine bağlı olarak yeryüzünde ölçülen manyetik alanda geçici değişimlere neden olmaktadırlar.

Yermanyetik Alanın Kaynağı Güneş olan Dış Kaynaklı Değişimleri 1.Yermanyetik alanın sakin ve periyodik değişimleri a)Sakin günlük değişim b)27 günlük değişim c)Yıllık değişim d)11 yıllık güneş leke dönemi 1.Yermanyetik alanın arızalı ve fırtına türü değişimleri a)Pulzasyonlar b)Arızalı değişimler c)Fırtına türü değişimler

Daha öncede değinildiği gibi Dünya’nın Güneşe bakan yüzünde yeni iyonosfer tabakaları oluşur ve yeni oluşan bu tabakalardaki iyonizasyon çok yoğundur. Dünya’nın dönmesi nedeniyle, yeryüzünde ölçülen yermanyetik alan elemanlarının (gözlem evlerinde genellikle H, D ve Z ölçülür) şiddetinde, periyodu bir gün ve genliği yaklaşık nT olan değişimler meydana gelir. Zamana bağlı bu değişimlere günlük değişim (İngilizce daily variation) adı verilir. Bu değişimler düzenli ise böyle günlere manyetik açıdan sakin günler, bu değişimler az veya çok düzensiz ise böyle günlere de manyetik açıdan arızalı günler adı verilir. Yeryüzünde günlük değişimin genliği enlemlere göre değişir.

: Recorded daily variation in declination over one day at Hartland observatory (top) and effect of these variations on a compass needle, exaggerated (bottom) Yermanyetik alanın küçük değişimleri 24 saatlik periyodlarda tekrarlanabilmektedir. Düşük solar aktivitede izlenebildiğinden Sq değişimi olarak belirtilmektedir. Hartland gözlemevinde 22 Haziran 2004’de sapma açısındaki değişim kaydedilmiştir. Bu enlemde Sq değişiminin yumuşak olduğu izlenebilmektedir. Yermanyetik Alanın Sakin Günlük Değişimleri Günlük Değişim İyonosferde yüklü portiküller kendi manyetik alanlarını yaratır bu da günlük olarak yermanyetik alanda nT değişimlere yol açmaktadır..

Yeryüzeyi üzerinde herhangi bir noktada güneş gün ortasında en yoğundur. Bu yüzden iyonosferden en fazla yükleri oluşturmakta bu da havanın daha iyi iletken olmasını sağlamaktadır. Akşamdan sonra, iyonlaştırıcı radyasyon olmadığında, yükler nötral moleküllere dönüşür ve havada iletkenlik etkisi düşer. Bu dolanım hergün tekrarlamaktadır. Bu düzenli değişim iyonosferdeki elektrik akımlarından kaynaklanmaktadır. İyonosfer 50km yükseklikte başlamaktadır. Elektrik akımları ancak iletken bir ortamdan geçebilir. Bu yüzden bakır tel çok iyi bir iletkendir. Ancak hava çok kötü bir iletkendir. İyonosferde güneşten gelen yüksek enerjili ultraviyole ışınları ve X-raylar + ve – yüklü partiküller üretebilmek için, elektronları havadaki nötral (yüklü olmayan) moleküller ile değiştirmektedir. Bu yükler havanın iletken olmasını sağlar. Effect of solar ultra-violet and X-ray radiation on ionospheric conductivity throughout the day

Güneş ışığının havayı iletken yapabilmesi dışında, termo-gelgit rüzgarlar ile ısınmasını sağlamaktadır. Bu rüzgarlar güneş ve ayın çekim kuvvetinin etkisi ile oluşmakta ve iyonosferik dinomonun oluşumunu sağlamaktadır. Bu dinamo yer manyetik alandan geçen iyonosfer gibi akımlar meydana getirmektedir. Bu akım sistemleri iki kapalı loop şekillendirmektedir. Biri kuzey yarımkürede saatin tersi diğeri güney yarımkürede saat yönündedir. Güneş radyasyonu bu yükleri meydana getirip atmosferin iletken olmasını sağladığından, akımlar dünyanın aydınlık güneşli kısmında kalmaktadır. Bu akımlar dünyanın dönmesi sonucu günlük meydana gelen değişimi oluşturmaktadır. Bu girdapların şekli, büyüklüğü ve yeri Sq değişimlerinin neden enleme bağlı olduğunu açıklamaktadır. Solar radyasyoların mktarının kuzey ve güney yarımküreye düşmesi mevsim ve solar döngü ile değişmekte bu da aynı zamanda Sq daki değişimleri etkilemektedir. Ionospheric currents responsible for Sq variation during northern hemisphere summer (adapted from image by USGS)image by USGS)

Günlük Değişim

c) Yıllık Değişim: Yerküreyi çevreleyen ring akımları 1 yıllık bir periyotla güney ve Kuzeye doğru hareketi ve Yermanyetik alanın güneş rüzgarları tarafından sıkıştırılması ile açıklanmıştır. Alanın yerkürenin güneşe bakan tarafında sıkışması, diğer tarafında genişlemesi ile, ring Akımının geometrisini belirleyen kuvvet çizgileri güneşten uzaklaşacak şekilde yer değiştirir.

Yermanyetik alanını herhangi bir bileşeninin yıllık ortalama değerleri zamanın fonksiyonu olarak incelendiğinde alanın seküler değişiminin dalgalı bir görüntü verdiği görülmektedir. Bu değişim yermanyetik alanın seküler değişimi üzerinde dış kaynaklı bileşenin varlığı ile açıklanmaktadır. Bu dış kaynaklı bileşen 11 yıllık güneş lekesi dönemleri ile kontrol edildiği bildirilmiştir. Bunu ortaya koymak için yıllık değişim içerisinde seküler değişimin yok edilmesi gerekmektedir. Bunun için filtreler veya polinom yöntemi kullanılmaktadır. d) 11 yıllık Güneş Leke Dönemleri:

Aşağıdaki şekillerde güney ve kuzey yarımkürede yatay ve düşey bileşenlerin yıllık ortalama değerlerinin değişimine polinom eğrileri ve bu eğrilerin gözlem değerleri ile olan fark ile birlikte verilmiştir. Elde edilen farkların periyodun yaklaşık 11 yıllık güneş leke sayısının değişimine benzer olduğunu göstermektedir.

11 yıllık değişimin oluş nedeni ring akımından gelebileceği öne sürülmüştür. Güneş leke sayısının arttığı dönemlerde yerküreyi çevreleyen ring alkımlarının yörüngesi yerküreye yaklaşır. Bu durumda toplam manyetik alanda belirli bir azalma görülmektedir. Eğer güneş aktivitesi artarsa, manyetik bakımından sakin günlerde bile varlığı bilinen ring akımının şiddeti artar. Ring akımının oluşturduğu yörüngenin çapında yerküreye yaklaşacak şekilde değişime sebep olur. Güneş aktivitesinin sakin olduğu dönemlerde bu durumun tersi olur. Ring akımını bu şekildeki hareketi bize 11 yıllık değişimi verdiği bildirilmiştir.

Arızalı Değişimler a)Pulzasyonlar b)Arızalı değişimler c)Fırtına türü değişimler

Manyetik Çengel: Manyetogramlarda rastlanan önemsiz, genliği gamma, gelişme süresi yarım saat süren manyetik olaydır. Bunun sonucunda kısa dalga boylu yayınlar etkilenmekte ve radyo dinlemelerinde kesilmektedir. Olayın sebebi güneştir ve güneşdeki kromosfer patlaması ile aynı zamanda izlenmektedir. Yermanyetik Alanın Kısa süreli Arızalı Değişimleri

Manyetik Körfez: İsim olayın geometrisi ile ilişkilidir. Manyetik durgun günlerde belirgindir. Genlikleri çengele göre daha büyük olup, 100 gammaya çıkabilmektedir. Körfez birkaç saat kadar sürebilmektedir. Manyetik körfezler üzerinde Oluştuğu elamanı güçlendirdiğinde + körfez, tersi durumda – körfez Adını alır.

Manyetometrelerde sinus eğrileri şeklinde gelişme gösteren seyrek oluşumlar olarak bilinen zayıf genlikli manyetik değişimlerdir. Periyotları saniye, birkaç dakika arasında değişmektedir. Mikropulzasyonlar sürekli ve düzensiz olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Mikropulzasyon

Manyetik Fırtına Bu da olayın süresidir. Olay bir günden birkaç güne kadar sürebilmektedir. Değişimin genliğiF bileşeninde 300 gamma, H ve Z bileşenlerinde 150 gamma, Olayın fırtına olarak kabul edilmesi için tek bir bileşende izlenmesi yeterli. Fırtınalar; Başlangıcı aniden olan fırtınalar Başlangıcı yavaş ilerleyen fırtınalar şeklinde ikiye ayrılır. Arızalı ve yada düzensiz bir günde manyetik değerler ortalama alanın Günlük değişme değerlerinden düzensiz olarak ayılabilmektedir. Değişme hızı ve normal değerlerden düzensiz olarak sapmalar, düzensiz Manyetik günlerin iki önemli özelliğidir. Düzensiz gün manyetik fırtına durumunda 3. bir özellik daha ortaya çıkar;

Manyetik Fırtına

Interaction of the terrestrial magnetic field with particles from the solar wind sets up the conditions for the aurora phenomena near the poles.