میدان مغناطیسی زمین: تفاوت بین نسخه‌ها

نسخهٔ ‏۲۷ نوامبر ۲۰۱۲، ساعت ۲۰:۰۵

ميدانيم كه زمين يك ميدان مغناطيسی دارد. زيرا عقربه قطب نما، هرگاه مانعی برای چرخش نداشته باشد، در هر موقعيتی در جهت خاصی قرار ميگيرد. اگر در جهت شمالی كه عقربه قطب نما نشان ميدهد سفر كنيم، سرانجام به جايی ميرسيم كه قطب شمال مغناطيسی زمين ناميده میشود؛ با اين حال، تقريباً 1600 كيلومتر با قطب شمال جغرافيايی زمين، كه بر محور چرخش زمين واقع است، فاصله خواهيم داشت. قطب شمال جغرافيايی نقطه ای بر سطح زمين است كه با وجود چرخش زمين ساكن است. همه ِیاين مطالب در خصوص ناحيه قطب جنوبی نيز صادق است. پيش از توضيح علت وجود ميدان مغناطيسی در زمين، ملاحظات زير را بايد در نظر داشته باشيم. در حال حاضر، قطب شمال مغناطيسی در شمال شرقی كانادا واقع است، اما هميشه در آنجا نبوده است بلكه به نحوی تقريباً نامنظم در اطراف قطب شمال جغرافيايی در گردش بوده است. علاوه بر اين، زمين شناسان با كاوش در صخره های زير زمينی كه شامل كاني های مغناطيسی است، به شواهدی دست يافته اند مبنی بر اينكه قطب ميدان مغناطيسی زمين، بارها در هر يك از نُه دوران 3.6 ميليون سال گذشته، معكوس شده است. وقتی كانيهای مغناطيسی در صخره ها از حالت مايع متبلور میشوند، اجزای مغناطيسی آنها، در حين تبلور، با ميدان مغناطيسی زمين در يك رديف قرار ميگيرند. وقتی چنين صخره هايی در زير زمين يافت میشوند، خاصيت مغناطيسي شان جهت ميدان مغناطيسی زمين را به هنگام تشكيل اين صخره ها نشان میدهد.

برای ميدان مغناطيسی پايدار زمين هيچگونه توضيح كاملی ارائه نشده است، اما دست كم ميتوانيم اين احتمال را رد كنيم كه منبع یاز "آهن ربای طبيعي" در شمال شرقی كانادا مدفون است. اگر چنين چيزی حقيقت داشت، توضيح تغييرات مشاهده شده در موضع قطب های مغناطيسی زمين، تغييراتی كه فقط در يك دوره یچند صدساله در صدها كيلومتریزمين اندازه گيری شده است، ناممكن بود.

تصوری كلی در اين باره وجود دارد كه دست كم توضيح مختصری از ميدان مغناطيسی زمين به دست میدهد. هر جا كه ذرات باردار در يك حركت دورانی جريان پيدا كنند، ميدان مغناطيسی ايجاد میشود. اگر ذرات بارداری درون زمين وجود داشته باشد، با چرخش زمين طبيعتاً در يك حركت دورانی قرار ميگيرد. شايد، درون هسته خارجی مايع زمين، جريان هايی گردابی(گرداب های كوچك) برقرار است كه ميدان های مغناطيسی منفردی توليد میكنند و ميدان كلی جمع جبری اين ميدان های منفرد باشد. شق ديگر اين است كه لايه های متفاوت زمين و يا عرض های جغرافيايی متفاوت، با سرعت های اندكی متفاوت میچرخند و حركت ینسبی ميان ذرات باردار زمين به وجود میآورند. اين فرآيند نيز میتواند يك ميدان مغناطيسی ايجاد كند. همچنان كه با كاوشگر های كنارگذر، مدارگردها، و سطح نشينها به مشاهده ساير سيارات میپردازيم، میخواهيم ميدان مغناطيسی آن ها را با ميدان مغناطيسی زمين مقايسه كنيم.

کمربند های درونی و بیرونی وان آلن

ميدان مغناطيسی زمين را میتوان با خطوطی تجسم كرد كه ظاهراً از قطب شمال مغناطيسی بيرون میآيند و به قطب جنوب مغناطيسی بر میگردند. اين خطوط فرضی اند، اما دلالت بر جهتیدارند كه اگر قطب نما در مكان معينی برچنين خطی قرار گيرد، آن جهت را نشان میدهد. برای ذره بارداری كه در اين ميدان مغناطيسی حركت كند نيرويی وارد میآيد كه بر اين خطوط مغناطيسی عمود است و ذره باردار را در مسيری دايروی برگرد زمين به حركت در میآورد. به اين ترتيب به نظر میرسد كه زمين بعضی از ذرات باردار سريع (الكترون، پروتون و ذرات ديگر) گسيل يافته از خورشيد را به دام میاندزد. دو ناحيه چنبره ایشكل از ذرات پرانرژي، به نام كمربندهای وان آلن، در ارتفاع های3200 كيلومتر و 16000 كيلومتر استوا قرار دارند. نواحی بالای قطب ها نسبتاً خالیاز اين ذرات به دام افتاده اند.

گاهی ميدان مغناطيسی زمين، بر اثر فعاليت های خورشيدي، به شدت مختل میشود. مثلا، همراه با شراره خورشيدي، ‌انرژی عظيمی رها میشود كه غالباً ارتباطات راديويی را قطع میكند و تغييراتی در ميدان مغناطيسی زمين پديد میآورد. حتی وقتی خورشيد نسبتاً آرام است، جريان ثابتی از ذرات باردار، به نام باد خورشيدي، جريان ميابد. اين باد خورشيدی واپيچشه ايی در ميدان مغناطيسی زمين ايجاد میكند. اطلاعات حاصل از ماهواره هايی كه زمين را دور مي زنند و بارها از درون و بيرون نواحی اين ميدان مغناطيسی می گذرند، حاكی از آن است كه اين ميدان در طرفی كه به سوی خورشيد است، تا حدی پهن شده و در طرف مقابل آن به صورت يك "دنباله" مغناطيسی است.

منبع

کتاب نجوم دینامیکی نوشته رابرت تی. دیکسون/ ترجمه احمد خواجه نصیر طوسی