Магнитното поле на Земята играе голяма роля в защитата на хората от опасна радиация и геомагнитна активност, които биха могли да повлияят на сателитната комуникация и работата на електрическите мрежи. И то се движи.
Учените са изучавали и проследявали движението на магнитните полюси от векове. Историческото движение на тези полюси показва промяна в глобалната геометрия на магнитното поле на Земята. Може дори да показва началото на обръщане на полето – „обръщане“ между северния и южния магнитен полюс.
ОЩЕ: Смяна на магнитните полюси на Земята. Ще се случи ли в близко бъдеще?
Въпреки че лекото преместване на северния магнитен полюс не е голяма работа, едно обръщане може да окаже голямо влияние върху климата на Земята и нашите съвременни технологии. Но тези обрати не се случват мигновено. Те се случват в продължение на хиляди години.
Генериране на магнитното поле
И така, как се генерират магнитни полета като това около Земята?
Магнитните полета се генерират от движещи се електрически заряди. Материал, който позволява на зарядите лесно да се движат в него, се нарича проводник. Металът е един пример за проводник – хората го използват, за да пренасят електрически токове от едно място на друго. Самият електрически ток е просто отрицателни заряди, наречени електрони, движещи се през метала. Този ток генерира магнитно поле.
В течното желязно ядро на Земята могат да бъдат открити слоеве проводящ материал. Токове от заряди се движат през ядрото и течното желязо също се движи и циркулира. Тези движения генерират магнитното поле.
Земята не е единствената планета с магнитно поле – газовите гиганти като Юпитер имат проводящ метален водороден слой, който генерира техните магнитни полета.
Движението на тези проводящи слоеве в планетите води до два вида полета. По-големите движения, като широкомащабни ротации, водят до симетрично магнитно поле със северен и южен полюс.
ОЩЕ: Откриха доказателства за обръщане на магнитните полюси на древната Земя
Тези проводящи слоеве може да имат някои локални неравномерни движения поради локална турбуленция или по-малки потоци, които не следват широкомащабния модел. Тези нередности ще се проявят в някои малки аномалии в магнитното поле на планетата или места, където полето се отклонява от идеалното диполно поле.
Тези дребномащабни отклонения в магнитното поле могат действително да доведат до промени в широкомащабното поле с течение на времето и потенциално дори до пълно обръщане на полярността на диполното поле, където северът става юг и обратно.
Обозначенията „север“ и „юг“ върху магнитното поле се отнасят до техните противоположни полярности – те не са свързани с географския север и юг.
Магнитосферата на Земята – защитен балон
Магнитното поле на Земята създава магнитен „балон“, наречен магнитосфера, над най-горната част на атмосферата, йоносферата.
Магнитосферата играе основна роля в защитата на хората. Тя екранира и отклонява увреждащото, високоенергийно космическо лъчение, което се създава при звездни експлозии и се движи постоянно във Вселената. Магнитосферата също взаимодейства със слънчевия вятър, който е поток от магнетизиран газ, изпратен от Слънцето.
Взаимодействието на магнитосферата и йоносферата с магнетизирания слънчев вятър създава това, което учените наричат космическо време. Обикновено слънчевият вятър е мек и няма почти никакво космическо време.
ОЩЕ: Космическо време. Върху Земята се изливат свръхбързи дъждове от електрони
Но има моменти, когато Слънцето изхвърля големи магнетизирани облаци от газ в Космоса, наречени коронално изхвърляне на маса . Ако тези изхвърляния стигнат до Земята, тяхното взаимодействие с магнитосферата може да генерира геомагнитни бури. Геомагнитните бури могат да създадат полярни сияния, които се случват, когато поток от енергизирани частици удари атмосферата.
По време на космическото време в близост до Земята има по-опасна радиация. Тази радиация може потенциално да навреди на сателитите и астронавтите. Космическото време може също да повреди големи проводящи системи, като големи тръбопроводи и електрически мрежи, чрез претоварване на токове в тези системи.
Събитията в космическото време също могат да нарушат сателитната комуникация и работата на GPS, на които много хора разчитат.
Обръщане на полето
Учените картографират и проследяват цялостната форма и ориентация на магнитното поле на Земята, използвайки локални измервания на ориентацията и величината на полето и, отскоро, модели.
Местоположението на северния магнитен полюс се е преместило с около 965 километра, откакто е извършено първото измерване през 1831 г. Скоростта на миграцията се е увеличила от 16 километра на година до 54 километра на година през последните години. Това ускорение може да показва началото на обръщане на полето, но учените наистина не могат да кажат със сигурност, разполагайки с по-малко от 200 години данни.
Магнитното поле на Земята се обръща във времеви мащаби, които варират между 100 000 и 1 000 000 години. Учените могат да разберат колко често магнитното поле се обръща, като наблюдават вулканичните скали в океана.
ОЩЕ: Учени записаха страшния звук от удар на Слънцето по магнитното поле на Земята (АУДИО)
Тези скали улавят ориентацията и силата на магнитното поле на Земята, когато са създадени, така че датирането на тези скали предоставя добра картина за това как полето на Земята се е развило във времето.
Обръщането на полето се случва бързо от геоложка гледна точка, макар и бавно от човешка гледна точка. Обръщането обикновено отнема няколко хиляди години, но през това време ориентацията на магнитосферата може да се измести и да изложи повече от Земята на космическа радиация. Тези събития могат да променят концентрацията на озон в атмосферата.
Учените не могат да кажат с увереност кога ще се случи следващото обръщане на полето, но можем да продължим да картографираме и проследяваме движението на магнитния север на Земята.
Тази статия е написана от Офер Коен, доцент по физика и приложна физика, UMass Lowell, и е публикувана в The Conversation под лиценз Creative Commons.
