میدان مغناطیسی زمین از حیات در برابر تشعشع محافظت می کند، اما می تواند حرکت کند و قطب های مغناطیسی حتی می توانند چرخش کنند.

تبریز امروز:

میدان مغناطیسی زمین ذرات ساطع شده از خورشید را منحرف می کند.مارک گارلیک/کتابخانه عکس علمی 

آفر کوهن
دانشیار فیزیک و فیزیک کاربردی، Umass Lowell

 

میدان مغناطیسی زمین نقش بزرگی در محافظت از مردم در برابر تشعشعات خطرناک و فعالیت های ژئومغناطیسی ایفا می کند که می تواند بر ارتباطات ماهواره ای و عملکرد شبکه های برق تأثیر بگذارد. این میدان می تواند حرکت کند و جابجا شود .

دانشمندان حرکت قطب های مغناطیسی را برای قرن ها مطالعه و ردیابی کرده اند. حرکت تاریخی این قطب ها نشان دهنده تغییر در هندسه جهانی میدان مغناطیسی زمین است. حتی ممکن است یک "تلنگر" بین قطب های مغناطیسی شمال و جنوب، شروع یک میدان معکوس را نشان دهد . 

من یک فیزیکدان هستم که تعامل بین سیارات و فضا را مطالعه می کنم. در حالی که حرکت قطب مغناطیسی شمال کمی چیز مهمی نیست، یک میدان معکوس می تواند تأثیر زیادی بر آب و هوای زمین و فناوری مدرن ما داشته باشد. اما این معکوس‌ها به صورت آنی اتفاق نمی‌افتند. در عوض، آنها در طول هزاران سال رخ می دهند.

مکان های مشاهده شده قطب مغناطیسی شمال از 1831 تا 2007 مربع های زرد رنگ هستند. مکان‌های قطب مدل‌سازی‌شده از 1590 تا 2025 دایره‌هایی هستند که از آبی به زرد در حال پیشرفت هستند
تولید میدان مغناطیسی
پس چگونه میدان های مغناطیسی مانند میدان های اطراف زمین ایجاد می شوند؟

میدان های مغناطیسی با حرکت بارهای الکتریکی تولید می شوند. ماده ای که بارها را قادر می سازد به راحتی در آن جابجا شوند، هادی نامیده می شود. فلز یکی از نمونه های هادی است – مردم از آن برای انتقال جریان الکتریکی از یک مکان به مکان دیگر استفاده می کنند. جریان الکتریکی به خودی خود بارهای منفی به نام الکترون هایی است که در فلز حرکت می کنند. این جریان یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

لایه هایی از مواد رسانا را می توان در هسته آهن مایع زمین یافت. جریان بارها در سراسر هسته حرکت می کند و آهن مایع نیز در حال حرکت و گردش در هسته است. این حرکات میدان مغناطیسی ایجاد می کنند.

میدان مغناطیسی زمین توسط آنچه "اثر دینامو" نامیده می شود ایجاد می شود.
زمین تنها سیاره ای نیست که میدان مغناطیسی دارد - سیارات غول پیکر گازی مانند مشتری دارای یک لایه هیدروژن فلزی رسانا هستند که میدان مغناطیسی آنها را تولید می کند.

حرکت این لایه های رسانا در داخل سیارات منجر به دو نوع میدان می شود. حرکات بزرگتر، مانند چرخش در مقیاس بزرگ با سیاره، منجر به یک میدان مغناطیسی متقارن با قطب شمال و جنوب می شود - شبیه به آهنربای اسباب بازی.

این لایه‌های رسانا ممکن است به دلیل تلاطم موضعی یا جریان‌های کوچک‌تر که از الگوی مقیاس بزرگ پیروی نمی‌کنند، برخی حرکات نامنظم موضعی داشته باشند. این بی نظمی ها در برخی ناهنجاری های کوچک در میدان مغناطیسی سیاره یا مکان هایی که میدان از یک میدان دوقطبی کامل منحرف می شود، ظاهر می شود.

این انحرافات در مقیاس کوچک در میدان مغناطیسی در واقع می تواند منجر به تغییرات در میدان بزرگ مقیاس در طول زمان و حتی به طور بالقوه معکوس کامل قطبیت میدان دوقطبی شود، جایی که شمال به جنوب می شود و بالعکس. نامگذاری "شمال" و "جنوب" در میدان مغناطیسی به قطب های مخالف آنها اشاره دارد - آنها به شمال و جنوب جغرافیایی مربوط نیستند.

نموداری که زمین را با دو بلوک در داخل نشان می‌دهد، یکی به سمت بالا که می‌گوید S و دیگری به سمت پایین است که می‌گوید N، به ترتیب با برچسب قطب مغناطیسی جنوبی و قطب مغناطیسی شمال. یک خط کمی کج شده محور چرخش زمین را نشان می دهد.

میدان مغناطیسی زمین قطب های مغناطیسی شمال و جنوب منعکس کننده قطب های جغرافیایی شمال و جنوب هستند.
مگنتوسفر زمین، یک حباب محافظ
میدان مغناطیسی زمین یک "حباب" مغناطیسی به نام مگنتوسفر در بالای بالاترین قسمت جو یعنی لایه یونوسفر ایجاد می کند.

مگنتوسفر نقش مهمی در محافظت از افراد دارد. این تابش پرتوهای کیهانی پرانرژی و آسیب‌رسان را که در انفجار ستاره‌ها ایجاد می‌شود و دائماً در جهان حرکت می‌کند، محافظت می‌کند و منحرف می‌کند. مگنتوسفر همچنین با باد خورشیدی که جریانی از گاز مغناطیسی شده است که از S به بیرون فرستاده می شود، برهم کنش می کند.

برهم کنش مگنتوسفر و یونوسفر با باد مغناطیسی خورشیدی چیزی را ایجاد می کند که دانشمندان آن را آب و هوای فضا می نامند. معمولاً باد خورشیدی ملایم است و هوای فضایی کمی وجود دارد.

با این حال، مواقعی وجود دارد که خورشید ابرهای مغناطیسی بزرگی از گاز را به نام پرتاب جرم تاجی به فضا می‌ریزد. اگر این پرتاب‌های جرم تاجی به زمین برسند، برهم‌کنش آنها با مگنتوسفر می‌تواند طوفان‌های ژئومغناطیسی ایجاد کند. طوفان های ژئومغناطیسی می توانند شفق های قطبی ایجاد کنند که زمانی اتفاق می افتد که جریانی از ذرات پرانرژی به جو برخورد کرده و روشن شود.

در طول رویدادهای جوی فضایی، تشعشعات خطرناک تری در نزدیکی زمین وجود دارد. این تشعشعات به طور بالقوه می تواند به ماهواره ها و فضانوردان آسیب برساند. آب و هوای فضا همچنین می تواند با بارگذاری بیش از حد جریان در این سیستم ها به سیستم های رسانای بزرگ مانند خطوط لوله اصلی و شبکه های برق آسیب برساند.

مگنتوسفر زمین از حیات روی زمین در برابر پرتاب های خورشید محافظت می کند. رویدادهای آب و هوای فضا همچنین می توانند ارتباطات ماهواره ای و عملکرد GPS را مختل کنند، که بسیاری از مردم به آن اعتماد دارند.

پوسته ی میدان مغناطیسی
دانشمندان شکل و جهت کلی میدان مغناطیسی زمین را با استفاده از اندازه‌گیری‌های محلی جهت‌گیری و بزرگی میدان و اخیراً مدل‌ها، نقشه‌برداری و ردیابی می‌کنند.

محل قطب مغناطیسی شمال از زمان انجام اولین اندازه گیری در سال 1831 حدود 600 مایل (965 کیلومتر) جابجا شده است. سالهای اخیر. این شتاب می‌تواند آغاز یک معکوس میدانی را نشان دهد، اما دانشمندان واقعاً نمی‌توانند با داده‌های کمتر از 200 سال تشخیص دهند.

میدان مغناطیسی زمین در مقیاس های زمانی که بین 100000 تا 1000000 سال متغیر است، معکوس می شود. دانشمندان می توانند با نگاه کردن به سنگ های آتشفشانی در اقیانوس بفهمند که میدان مغناطیسی چند بار معکوس می شود.

این سنگ ها هنگام ایجاد جهت گیری و قدرت میدان مغناطیسی زمین را به تصویر می کشند، بنابراین تاریخ گذاری این سنگ ها تصویر خوبی از چگونگی تکامل میدان زمین در طول زمان ارائه می دهد.

معکوس‌های میدانی از نقطه‌نظر زمین‌شناسی سریع اتفاق می‌افتند، هرچند از منظر انسانی کند است. معکوس شدن معمولاً چند هزار سال طول می کشد، اما در طول این مدت ممکن است جهت مگنتوسفر تغییر کند و قسمت بیشتری از زمین را در معرض تابش کیهانی قرار دهد. این رویدادها ممکن است غلظت ازن را در جو تغییر دهد.

دانشمندان نمی توانند با اطمینان بگویند که معکوس میدان بعدی چه زمانی اتفاق می افتد، اما ما می توانیم به نقشه برداری و ردیابی حرکت شمال مغناطیسی زمین ادامه دهیم.

 

برگردان به فارسی مهندس کاوه وحیدی آذر

منبع :