זרמי יונים ותופעות מגנטיות טבעיות
אם חלקיקים טעונים נעים בגז בנוכחות שדה מגנטי חיצוני, הם חופשיים לתאר חלק משמעותי ממסלול המגנטרון שלהם. עם זאת, כל מסלול לא בהכרח מסתיים לחלוטין. זה יכול להישבר על ידי התנגשות בין חלקיק נע וכל מולקולת גז.
התנגשויות כאלה לפעמים רק מסיטות את כיוון התנועה של החלקיקים, ומעבירות אותם למסלולים חדשים; עם זאת, עם התנגשויות חזקות מספיק, יינון של מולקולות גז אפשרי גם. בתקופה שלאחר ההתנגשות המובילה ליינון, יש צורך לקחת בחשבון את קיומם של שלושה חלקיקים טעונים - החלקיק הנע המקורי, יון הגז והאלקטרון המשוחרר. תנועות החלקיק המייננן לפני ההתנגשות, יון הגז, האלקטרון המשוחרר והחלקיק המיינן לאחר ההתנגשות מושפעות על ידי כוחות לורנץ.
האינטראקציה של חלקיקים מייננים ומיוננים עם שדה מגנטי כאשר חלקיקים אלה נעים בגז, מולידה תופעות מגנטיות טבעיות שונות - זוהר אור, להבה מזמרת, רוח שמש וסופות מגנטיות.
אורות הקוטב
הזוהר הצפוני הוא הזוהר בשמיים שנראה לפעמים. אזור הקוטב הצפוני של כדור הארץ. תופעה זו מתרחשת כתוצאה מדה-יוניזציה של מולקולות אטמוספריות לאחר שהן מיוננות על ידי קרינת השמש. תופעה דומה בחצי הכדור הדרומי של כדור הארץ נקראת האורות הדרומיים. השמש פולטת כמויות גדולות של אנרגיה בצורות שונות. אחת הצורות הללו היא חלקיקים מהירים טעונים מסוגים שונים, המקרינים לכל הכיוונים. חלקיקים הנעים לכיוון כדור הארץ נופלים לתוך השדה הגיאומגנטי.
כל החלקיקים הטעונים מהחלל מחוץ לכדור הארץ הנופלים לשדה הגיאומגנטי, ללא קשר לכיוון התנועה הראשוני, עוברים למסלולים המתאימים לקווי השדה. מכיוון שכל קווי הכוח הללו יוצאים מקוטב אחד של כדור הארץ ונכנסים לקוטב הנגדי, החלקיקים הטעונים הנעים מגיעים לקוטב זה או אחר של כדור הארץ.
החלקיקים הטעונים במהירות הנכנסים לאטמוספירה של כדור הארץ ליד הקטבים נתקלים במולקולות אטמוספריות. התנגשויות בין חלקיקי קרינת שמש לבין מולקולות גז עלולות להוביל ליינון של אלה, ואלקטרונים נדפקים מחלק מהמולקולות. בשל העובדה שלמולקולות מיוננות יש יותר אנרגיה מאשר למולקולות מיוננות, אלקטרונים ויוני גזים נוטים להתאחד מחדש. במקרים בהם יונים מתאחדים עם אלקטרונים שאבדו בעבר, נפלטת אנרגיה אלקטרומגנטית. המונח "אורורה" משמש לתיאור החלק הגלוי של קרינה אלקטרומגנטית זו.
הנוכחות של שדה גיאומגנטי היא אחד הגורמים החיוביים לכל צורות החיים, מכיוון ששדה זה משמש כ"גג" המגן על החלק המרכזי של כדור הארץ מהפצצה מתמשכת על ידי חלקיקים מהירים ממקור שמש.
שרה להבה
להבה המונחת בשדה מגנטי לסירוגין יכולה ליצור צלילים בתדר של השדה המגנטי. להבה מורכבת ממוצרים גזים בטמפרטורה גבוהה הנוצרים במהלך תגובות כימיות מסוימות. כאשר, בהשפעת טמפרטורה גבוהה, מופרדים האלקטרונים המסלוליים מכמה מולקולות גז, נוצרת תערובת עשירה של אלקטרונים חופשיים ויונים חיוביים.
בדרך זו, הלהבה מייצרת גם אלקטרונים וגם יונים חיוביים, שיכולים לשמש כנשאים לשמירה על הזרם החשמלי. במקביל, הלהבה יוצרת שיפועים טמפרטורה הגורמים לזרימות הסעה של גזים היוצרים את הלהבה, מכיוון שנושאי מטען חשמלי הם חלק בלתי נפרד מגזים, גם זרימות הסעה הן זרמים חשמליים.
זרמי הסעה חשמליים אלה הקיימים בלהבה, בנוכחות שדה מגנטי חיצוני, נתונים לפעולת כוחות לורנץ. בהתאם לאופי האינטראקציה בין הזרם לשדה, יישום שדה מגנטי חיצוני יכול להפחית או להגביר את בהירות הלהבה.
הלחץ של הגזים בלהבה המקיימים אינטראקציה עם שדה מגנטי מתחלף מווסת על ידי כוחות לורנץ הפועלים על זרימות ההסעה. מאחר ורעידות קול נוצרות כתוצאה מאפנון לחץ גז, הלהבה יכולה לשמש כמתמר הממיר אנרגיה חשמלית לקול.להבה בעלת התכונות המתוארות נקראת להבה שרה.
מגנטוספירה
המגנטוספרה היא האזור בסביבת כדור הארץ שבו השדה המגנטי ממלא תפקיד דומיננטי. שדה זה הוא הסכום הווקטורי של השדה המגנטי של כדור הארץ עצמו, או השדה הגיאומגנטי, ושל השדות המגנטיים הקשורים לקרינת השמש. כגוף מחומם-על העובר הפרעות תרמיות ורדיואקטיביות חזקות, השמש פולטת כמויות אדירות של פלזמה המורכבות מחצי אלקטרונים וחצי פרוטונים.
למרות ש פְּלַסמָה נפלט מפני השטח של השמש לכל הכיוונים, חלק ניכר ממנו, המתרחק מהשמש, יוצר שובל המכוון פחות או יותר לכיוון אחד בהשפעת תנועת השמש בחלל. נדידה זו של פלזמה נקראת רוח השמש.
כל עוד האלקטרונים והפרוטונים המרכיבים את רוח השמש נעים יחד, בריכוזים שווים, הם אינם יוצרים שדה מגנטי. עם זאת, כל הבדל במהירות הסחיפה שלהם מייצר זרם חשמלי, והבדלים בריכוז יוצרים מתח המסוגל לייצר זרם חשמלי. בכל אחד מהמקרים, זרמי הפלזמה יוצרים שדות מגנטיים מתאימים.
כדור הארץ נמצא בנתיב רוח השמש. כאשר החלקיקים שלו והשדה המגנטי הקשור אליהם מתקרבים לכדור הארץ, הם מקיימים אינטראקציה עם השדה הגיאומגנטי. כתוצאה מהאינטראקציה, שני השדות משתנים. לפיכך, הצורה והמאפיינים של השדה הגאומגנטי נקבעים בחלקם על ידי רוח השמש העוברת דרכו.
הפעילות הקרינה של השמש משתנה מאוד הן בזמן והן במרחב - על פני השטח של השמש.כאשר השמש מסתובבת על ציריה, רוח השמש נמצאת במצב של שטף. בשל העובדה שכדור הארץ מסתובב גם הוא על צירו, גם אופי האינטראקציה בין רוח השמש לשדה הגיאומגנטי משתנה ללא הרף.
ביטויים חיוניים של אינטראקציות משתנות אלה נקראים סופות מגנטוספיריות ברוח השמש וסערות מגנטיות בשדה הגיאומגנטי. תופעות נוספות הקשורות לאינטראקציות בין חלקיקי רוח השמש למגנטוספירה הן האוררות שהוזכרו לעיל והזרם החשמלי הזורם באטמוספירה סביב כדור הארץ ממזרח למערב.