Wie groß ist die Nettoladung der Erde?

Mein Verständnis dafür ist, dass Elektronen viel weniger wiegen als alles andere, daher haben sie höhere Geschwindigkeiten (bei gleicher Temperatur aufgrund der Thermodynamik). Damit Materie aus der Erde entweichen kann, ist eine Mindestgeschwindigkeit erforderlich. Das Ergebnis ist also, dass die Erde mehr Elektronen als positive Ionen (oder negative Ionen) verliert. Das Ergebnis ist, dass die Erde positiv geladen ist.

Andererseits erfolgt in der Erdatmosphäre die Ladungsübertragung aufgrund von Regen. Geladene Ionen und Elektronen werden von Regentropfen aus dem gleichen Grund angezogen, aus dem Ladungen von einer leitenden Oberfläche angezogen werden, d. h. die Bildladungen. Aber Elektronen sind leichter als Ionen und daher gelangen Elektronen vor Ionen zu den Regentropfen und somit sind Regentropfen netto negativ geladen.

Da Regentropfen auf die Erde fallen, wird die Erde negativ geladen, während die Atmosphäre darüber positiv geladen wird. Dies ist die Quelle der "Himmelsspannung".

Positive und negative Ladungen im Sonnenwind werden jedoch unterschiedlich in den Van-Allen-Gürteln eingefangen, von denen sie dann in die Erdatmosphäre absinken können, was impliziert, dass aufgrund dieses unterschiedlichen Lecks eine Nettoladung entwickelt werden kann. Dies wirft die Frage auf, ob es Schätzungen zur Gesamtnettobelastung gibt. Ich habe in der Literatur gesucht, aber außer Dolezaleks Artikel von 1988 nur wenig nützliches Material gefunden: https://doi.org/10.1007/BF01054576

Richtig, ich sehe hier ein wichtiges Missverständnis! Positive und negative Ladungen aus dem Sonnenwind werden NICHT unterschiedlich eingefangen. Wenn wir über die Van-Allen-Gürtel sprechen, sprechen wir über hochenergetische Teilchen (MeV); niederenergetische Teilchen sind immer noch vorhanden, obwohl die Dichte im größten Teil des äußeren Gürtels sehr gering ist. Es ist fair zu sagen, dass die Elektronen und Protonen unterschiedliche Beschleunigungsprozesse durchlaufen (es ist auch erwähnenswert, dass es zwei innere Gürtel gibt, einen positiven und einen negativen, die sich überlappen und auf der als Plasmasphäre bezeichneten Region der Magnetosphäre sitzen - einer kalten Dichte Plasma, das sich über etwa 4 Erdradien erstreckt)

Einige der gleichen Wellen, die relativistische Wellen in den Verlustkegel streuen und sie ausfallen lassen (elektromagnetische Ionen-Zyklotron-Wellen), streuen auch Protonen mit niedrigerer Energie in die Atmosphäre. Über sehr kurze Zeitskalen wird es eine Ladungsdifferenz geben, aber im Durchschnitt wird eine Quasi-Neutralität aufrechterhalten.

Bei Niederschlag muss man bedenken, dass es sich um die Ionosphäre handelt, die selbst ein Plasma und damit quasi neutral ist. Stromsysteme bilden sich aufgrund der Kollisionen von Ionen mit der neutralen Atmosphäre. In der D-Region, wo sich MeV-Elektronen ablagern, wenn sie ausfallen (tatsächlich verursachen sie eine zusätzliche Ionisation und verlängern die D-Schicht nach unten), gibt es eine ganze Mischung aus hohen Kollisionen, Anlagerungsprozessen und Rekombinationsprozessen, die alle Arten von komplexen Ionen- Chemie, die weniger energetischen Protonen werden sich in höheren Höhen ablagern, so dass es in verschiedenen Regionen zu kleinen Ladungsgewinnen kommen würde, aber aufgrund der hohen Leitfähigkeit in der E-Schicht (120 km) und möglicher Stromsysteme wäre dies nicht lange der Fall. *

Nun, das Thema Atmosphäre ist nicht mein Ding, aber vielleicht möchten Sie sich die Arbeit von Dr. Martin Fullerkrug von der Universität Bath ansehen, der einige sehr coole Arbeiten zu Sprites und so weiter macht.

Ich hoffe, das hilft

*Ich sage nicht, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt genau die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen ausfällt, aber wenn man das System selbst über relativ kleine Zeitskalen betrachtet, wäre die Nettoladung verdammt nahe bei Null.