-Wat gebeurt er met die deeltjes eenmaal ze gevangen zitten in de Van Allen gordels?
Die blijven in principe op en neer stuiteren tussen noord en zuidpool
-Wat zorgt ervoor dat die deeltjes gevangen blijven?
De aard van de interactie tussen elektrisch geladen deeltjes en magneetvelden
-Is de zonnewind eigenlijk de oorzaak van het bestaan van de Van Allen gordels?
Nee, maar het is wel de oorsprong van de deeltjes die in de Van Allen gordels "gevangen" zitten. Zonder magneetveld geen Van Allen gordels.
stel dat er geen zonnewind zou zijn, zouden er dan Van Allen gordels zijn?
Goeie vraag. Maar omdat er meerdere mogelijkheden zijn voor het ioniseren van deeltjes, ook in onze atmosfeer, denk ik niet dat dat alleen van die zonnewind afhangt.
-Wat zorgt ervoor dat deze deeltjes naar het zuiden of noorden gaan, waarom blijven ze niet gewoon ter plekke gevangen?
De aard van de interactie tussen elektrisch geladen deeltjes en magneetvelden, dit is eigenlijk een andere vorm van je eerste vraag. Ze zitten juist gevangen door dat heen en weer stuiteren.
Die beweging van geladen deeltjes rond magneetlijnen is een fysisch principe.
Ik heb gisteren een berg plaatjes voor je bij elkaar gegoogled, onder andere deze:
We zien een elektron dat een magneetveld binnendringt. De veldlijnen van de magneet wijzen loodrecht het scherm in (dat betekenen die plusjes, weergave-afspraak voor magneetlijnen). Als gevolg van dat magneetveld buigt het elektron af zoals je ziet.
Denk je nou dat magneetveld veel groter dan dit plaatselijke veldje: het elektron zou gewoon ter plekke blijven cirkelen.
En hoe sterker het magneetveld (meer veldlijnen per m²) hoe kleiner het cirkeltje.
Een positief geladen deeltje zou trouwens precies andersom afbuigen:
(rood is een positief geladen deeltje)
De kans dat een deeltje éxact loodrecht op het aards magneetveld binnenkomt is klein. Bovendien is dat magneetveld niet constant: het wordt door zonnestormen in elkaar gedrukt, en veert daarna weer uit. Dat een geladen deeltje langere tijd netjes rondcirkelt, in een vlak loodrecht op het veld is dus bijzonder onwaarschijnijk. Laten we dus de snelheidsvector van het inkomende deeltje ontbinden in een component loodrecht op het veld en een component parallel aan de veldlijn. De component loodrecht op het veld zorgt voor een cirkelbeweging rond een veldlijn, de component parallel aan de veldlijn zorgt voor een beweging lángs de veldlijn.
Samen zorgen ze voor een spiraalbeweging rónd en langs de veldlijn:
Hoe sterker het veld (veldlijnen dichter op elkaar) hoe kleiner de doorsnede van de spiraalbeweging.
In het aardmagnetisch veld gaan die deeltjes dus onvermijdelijk richting de polen. Naar welke pool ze reizen hangt dus níet af van de lading, maar slechts van de vraag onder welke hoek t.o.v. het veld ze binnen kwamen vliegen.
Een beetje gekker wordt het wanneer ze de aarde uiteindelijk naderen: het veld wordt sterker, hun spiraal krijgt een steeds kleinere doorsnede, en buigt sterk af. Als ik het nou goed begrijp (ik hoop dat iemand anders dat kan bevestigen) leidt de sterker wordende kromming en versterking van het veld naarmate de aarde genaderd wordt ertoe dat de component van de snelheid lángs de veldlijn steeds kleiner en op den duur 0 wordt, en bij enige beweging van het veld zélfs weer kan omdraaien, waardoor het deeltje weer van de aarde vandaan en richting de andere aardpool gaat bewegen. En dat zou in een "ideale" wereld tot in het oneindige zo door kunnen gaan.
Hier heb je dus een fysische verklaring voor de wijze waarop ons aardmagnetisch veld ons tegen zonnewind beschermt.
En nou betreed ik een gebied waarop ikzelf niet goed weet hoe het zit, dus ik hoop dat er commentaar komt (schiet maar af alsjeblief:)
Nou meen ik trouwens niet dat het verschijnsel Van Allen gordels een wezenlijk een onderdeel van die verdediging is, eerder een fysisch gevolg ervan. Je mag je natuurlijk wél afvragen wat er moest gebeuren indien dat terugstuiter-verschijnsel nabij de polen er niet zou zijn: De ingevangen zonnewind zou dan in een betrekkelijk smalle band rondom de polen op het aardoppervlak terechtkomen. Awel, dat gebeurt regelmatig: een beetje extra druk van de zonnewind, en de ionen worden dóórgedrukt tot in de aardatmosfeer. Door een fors potentiaalverschil dat kan ontstaan tussen de dagkant (het "stootkussen") en de nachtkant ( de "magnetische staart")van het aardmagnetischveld lekken er dan ionen en elektronen door van het stootkussen naar de staart, dwars door de bovenlagen van de atmosfeer heen, en voila, je hebt een énorme gasontladingslamp: de aurora.