Το μαγνητικό πεδίο της Γης παίζει μεγάλο ρόλο στην προστασία των ανθρώπων από την επικίνδυνη ακτινοβολία και τη γεωμαγνητική δραστηριότητα που θα μπορούσε να επηρεάσει τις δορυφορικές επικοινωνίες και τη λειτουργία των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας. Και κινείται.
Οι επιστήμονες μελετούν και παρακολουθούν την κίνηση των μαγνητικών πόλων εδώ και αιώνες. Η ιστορική κίνηση αυτών των πόλων υποδηλώνει μια αλλαγή στην παγκόσμια γεωμετρία του μαγνητικού πεδίου της Γης. Θα μπορούσε ακόμη και να υποδηλώνει την αρχή μιας αντιστροφής πεδίου – ένα «φάκελο» μεταξύ του βόρειου και του νότιου μαγνητικού πόλου.
Είμαι ένας φυσικός που μελετά την αλληλεπίδραση μεταξύ πλανητών και διαστήματος. Αν και μια μικρή μετατόπιση στον Βόρειο Μαγνητικό Πόλο δεν είναι μεγάλη υπόθεση, μια αναστροφή θα μπορούσε να έχει μεγάλο αντίκτυπο στο κλίμα της Γης και στη σύγχρονη τεχνολογία μας. Ωστόσο, αυτές οι ανατροπές δεν συμβαίνουν αμέσως. Αντίθετα, συμβαίνουν για χιλιετίες.
Δημιουργία μαγνητικού πεδίου
Πώς λοιπόν προκύπτουν μαγνητικά πεδία όπως αυτό γύρω από τη Γη;
Τα μαγνητικά πεδία δημιουργούνται από την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων. Ένα υλικό στο οποίο τα φορτία μπορούν να μετακινηθούν εύκολα ονομάζεται αγωγός. Το μέταλλο είναι ένα παράδειγμα αγωγού – οι άνθρωποι το χρησιμοποιούν για να μεταδώσουν ηλεκτρικά ρεύματα από το ένα μέρος στο άλλο. Το ίδιο το ηλεκτρικό ρεύμα αποτελείται απλώς από αρνητικά φορτία, που ονομάζονται ηλεκτρόνια, που κινούνται μέσα στο μέταλλο. Αυτό το ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο.
Στρώματα αγώγιμου υλικού βρίσκονται στον πυρήνα του υγρού σιδήρου της Γης. Ρεύματα φορτίου κινούνται μέσω του πυρήνα και ο υγρός σίδηρος κινείται και κυκλοφορεί στον πυρήνα. Αυτές οι κινήσεις δημιουργούν το μαγνητικό πεδίο.
Η Γη δεν είναι ο μόνος πλανήτης με μαγνητικό πεδίο – οι αέριοι γίγαντες πλανήτες όπως ο Δίας έχουν ένα αγώγιμο μεταλλικό στρώμα υδρογόνου που δημιουργεί τα μαγνητικά τους πεδία.
Η κίνηση αυτών των αγώγιμων στρωμάτων μέσα σε πλανήτες έχει ως αποτέλεσμα δύο τύπους πεδίων. Μεγαλύτερες κινήσεις, όπως μεγάλης κλίμακας περιστροφές με τον πλανήτη, οδηγούν σε ένα συμμετρικό μαγνητικό πεδίο με βόρειο και νότιο πόλο – παρόμοιο με έναν μαγνήτη παιχνιδιών.
Αυτά τα αγώγιμα στρώματα μπορεί να παρουσιάζουν τοπικά ακανόνιστες κινήσεις λόγω τοπικών αναταράξεων ή μικρότερων ροών που δεν ακολουθούν το σχέδιο μεγάλης κλίμακας. Αυτές οι ανωμαλίες εκδηλώνονται ως κάποιες μικρές ανωμαλίες στο μαγνητικό πεδίο του πλανήτη ή σε μέρη όπου το πεδίο αποκλίνει από ένα τέλειο διπολικό πεδίο.
Αυτές οι μικρής κλίμακας παραλλαγές στο μαγνητικό πεδίο μπορούν πραγματικά να οδηγήσουν σε αλλαγές στο πεδίο μεγάλης κλίμακας με την πάροδο του χρόνου και πιθανώς ακόμη και σε πλήρη αντιστροφή της πολικότητας του διπολικού πεδίου, όπου ο βορράς γίνεται νότος και αντίστροφα. Οι ονομασίες «Βορράς» και «Νότος» στο μαγνητικό πεδίο αναφέρονται στις αντίθετες πολικότητες τους – δεν έχουν καμία σχέση με τον γεωγραφικό βορρά και τον νότο.
Η μαγνητόσφαιρα της Γης, μια προστατευτική φυσαλίδα
Το μαγνητικό πεδίο της Γης δημιουργεί μια μαγνητική «φυσαλίδα» που ονομάζεται μαγνητόσφαιρα πάνω από το ανώτερο τμήμα της ατμόσφαιρας, το ιονόσφαιρο στρώμα.
Η μαγνητόσφαιρα παίζει σημαντικό ρόλο στην προστασία των ανθρώπων. Προστατεύει και εκτρέπει την επιβλαβή, υψηλής ενέργειας κοσμική ακτινοβολία, η οποία παράγεται από αστρικές εκρήξεις και ταξιδεύει συνεχώς στο σύμπαν. Η μαγνητόσφαιρα αλληλεπιδρά επίσης με τον ηλιακό άνεμο, μια ροή μαγνητισμένου αερίου που εκπέμπεται από τον Ήλιο.
Η αλληλεπίδραση της μαγνητόσφαιρας και της ιονόσφαιρας με τον μαγνητισμένο ηλιακό άνεμο δημιουργεί αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν διαστημικό καιρό. Κανονικά ο ηλιακός άνεμος είναι ήπιος και ο καιρός στο διάστημα είναι ελάχιστος έως καθόλου.
Ωστόσο, υπάρχουν στιγμές που ο Ήλιος εκτοξεύει μεγάλα σύννεφα μαγνητισμένου αερίου στο διάστημα, που ονομάζονται εκτοξεύσεις μάζας στεμμάτων. Όταν αυτές οι στεφανιαίες εκτοξεύσεις μάζας φτάσουν στη Γη, η αλληλεπίδρασή τους με τη μαγνητόσφαιρα μπορεί να δημιουργήσει γεωμαγνητικές καταιγίδες. Οι γεωμαγνητικές καταιγίδες μπορούν να δημιουργήσουν σέλας, που συμβαίνουν όταν ένα ρεύμα ενεργητικών σωματιδίων χτυπά την ατμόσφαιρα και ανάβει.
Κατά τη διάρκεια διαστημικών καιρικών φαινομένων, υπάρχει πιο επικίνδυνη ακτινοβολία κοντά στη Γη. Αυτή η ακτινοβολία μπορεί ενδεχομένως να βλάψει δορυφόρους και αστροναύτες. Ο καιρός στο διάστημα μπορεί επίσης να βλάψει μεγάλα συστήματα κοινής ωφέλειας, όπως μεγάλους αγωγούς και δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας, υπερφορτώνοντας τα ρεύματα σε αυτά τα συστήματα.
Τα καιρικά φαινόμενα στο διάστημα μπορούν επίσης να διαταράξουν τις δορυφορικές επικοινωνίες και τις λειτουργίες GPS στις οποίες βασίζονται πολλοί άνθρωποι.
Αλλαγή πεδίου
Οι επιστήμονες χαρτογραφούν και παρακολουθούν το συνολικό σχήμα και τον προσανατολισμό του μαγνητικού πεδίου της Γης χρησιμοποιώντας τοπικές μετρήσεις του προσανατολισμού και της ισχύος του πεδίου, και πιο πρόσφατα, μοντέλα.
Η θέση του μαγνητικού βόρειου πόλου έχει μετατοπιστεί περίπου 600 μίλια (965 χιλιόμετρα) από τότε που μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1831. Η ταχύτητα μετανάστευσης έχει αυξηθεί από 10 μίλια το χρόνο σε 34 μίλια το χρόνο (16 έως 54 km) τα τελευταία χρόνια. Αυτή η επιτάχυνση θα μπορούσε να υποδηλώνει την αρχή μιας αντιστροφής πεδίου, αλλά οι επιστήμονες δεν μπορούν πραγματικά να το πουν με δεδομένα λιγότερα από 200 χρόνια.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης αντιστρέφεται σε χρονικές κλίμακες που κυμαίνονται μεταξύ 100.000 και 1.000.000 ετών. Οι επιστήμονες μπορούν να δουν πόσο συχνά το μαγνητικό πεδίο αντιστρέφεται κοιτάζοντας ηφαιστειακά πετρώματα στον ωκεανό.
Αυτοί οι βράχοι καταγράφουν τον προσανατολισμό και την ισχύ του μαγνητικού πεδίου της Γης καθώς σχηματίζονται, επομένως η χρονολόγηση αυτών των πετρωμάτων παρέχει μια καλή εικόνα για το πώς έχει εξελιχθεί το γήινο πεδίο με την πάροδο του χρόνου.
Οι αντιστροφές πεδίου συμβαίνουν γρήγορα από γεωλογική άποψη αλλά αργά από ανθρώπινη προοπτική. Μια αναστροφή διαρκεί συνήθως μερικές χιλιάδες χρόνια, αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ο προσανατολισμός της μαγνητόσφαιρας μπορεί να αλλάξει και μεγαλύτερο μέρος της Γης μπορεί να εκτεθεί σε κοσμικές ακτίνες. Αυτά τα γεγονότα μπορούν να αλλάξουν τη συγκέντρωση του όζοντος στην ατμόσφαιρα.
Οι επιστήμονες δεν μπορούν να πουν με βεβαιότητα πότε θα συμβεί η επόμενη αντιστροφή πεδίου, αλλά μπορούμε να συνεχίσουμε να χαρτογραφούμε και να παρακολουθούμε την κίνηση του βόρειου μαγνητικού πόλου της Γης.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύτηκε από το The Conversation, έναν μη κερδοσκοπικό, ανεξάρτητο ειδησεογραφικό οργανισμό που σας φέρνει γεγονότα και αναλύσεις για να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τον περίπλοκο κόσμο μας.
Το έγραψε ο: Ofer Cohen, Umass Lowell.
Διαβάστε περισσότερα:
Η Ofer Cohen εργάζεται για το Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης Lowell. Το πανεπιστήμιο επωφελείται από κάθε δημόσιο άρθρο που γράφεται από έναν από τους καθηγητές του όσον αφορά την προβολή και την προβολή. Η Ofer Cohen έλαβε χρηματοδότηση από τη NASA κατά κάποιο τρόπο που σχετίζεται με το άρθρο.