Arus Birkeland

Arus Birkeland ialah sekumpulan arus yang mengalir di sepanjang garis-garis medan geomagnet yang menyambungkan magnetosfera Bumi dengan ionosfera latitud tinggi Bumi. Baru-baru ini, istilah "arus Birkeland" telah dikembangkan oleh sesetengah penulis untuk merujuk juga kepada arus sebaris medan magnet dalam plasma angkasa, umumnya. Di dalam magnetosfera Bumi, arus-arus dipacu oleh angin suria dan medan magnet antara planet dan oleh gerakan pukal plasma di serata magnetosfera (perolakan yang secara tidak langsung dipacu oleh keadaan antara planet). Kekuatan arus-arus Birkeland berubah mengikut aktiviti di magnetosfera (misalnya, sewaktu subribut). Perbezaan berskala kecil dalam lapisan arus arah atas (elektron yang mengalir ke bawah) memecut elektron-elektron magnetosfera yang, apabila mencapai atmosfera atas, menghasilkan aurora borealis dan australis. Dalam ionosfera latitud tinggi (atau zon aurora), arus-arus Birkeland menutup merentasi kawasan elektrojet aurora yang mengalir serenjang dengan medan magnet tempatan di ionosfera. Arus-arus Birkeland berlaku dalam dua pasangan lapisan arus yang sebaris dengan medan. Satu pasangan menjangkau dari sektor tengah hari melalui sektor senja dan berakhir di sektor tengah malam. Satu lagi sektor menjangkau dari sektor tengah hari melalui sektor fajar dan berakhir di sektor tengah malam. Lapisan di kawasan altitud tinggi zon aurora dirujuk dengan nama lapisan arus Kawasan 1 manakala lapisan di kawasan altitud rendah dirujuk dengan nama lapisan arus Kawasan 2.
Kewujudan arus-arus ini diramalkan pada tahun 1908 oleh ahli fizik dan pengembara Norway, Kristian Birkeland yang telah menjalankan ekspedisi melangkaui Bulatan Artik untuk mengkaji aurora. Beliau teah menemui semula, menggunakan alatan-alatan pengukur medan magnet ringkas, bahawa apabila aurora muncul, jarum magnetometer berubah arah, mengesahkan penemuan Anders Celsius pembantunya Olof Hjorter lebih seabad yang lalu. Ini hanya bermaksud bahawa arus-arus mengalir di dalam atmosfera di atas. Beliau telah membuat teori yang entah bagaimana Matahari memancarkan satu sinar katod, dan korpuskel dari apa yang kini dikenali sebagai angin suria memasuki medan magnet Bumi dan menghasilkan arus-arus yang membentuk aurora. Pandangan ini telah dicemuh oleh pengkaji-pengkaji lain, tetapi pada tahun 1967 sebuah satelit yang dilancarkan ke dalam kawasan aurora menunjukkan bahawa arus yang dicadangkan oleh Birkeland sebenarnya wujud. Bersempena beliau dan teori-teorinya, arus-arus ini dinamakan arus Birkeland. Penjelasan berkenaan penemuan-penemuan oleh Birkeland terdapat dalam buku oleh Lucy Jago.
Carl-Gunne Fälthammar, Profesor Emeritus Makmal Alfvén di Sweden telah menulis: "Satu sebab mengapa arus-arus Birkeland ini menarik adalah kerana, dalam plasma yang dipaksa membawa mereka, arus-arus ini menyebabkan beberapa proses fizikal plasma berlaku (gelombang, ketidakstabilan, pembentukan struktur halus). Ini pula membawa kepada kesan-kesan seperti pecutan zarah-zarah bercas, positif dan negatif, dan pemisahan elemen (seperti lentingan ion-ion oksigen). Kedua-dua kelas fenomena ini sepatutnya mempunyai kepentingan astrofizik yang lebih daripada pemahaman persekitaran angkasa Bumi kita sendiri."