میدان مغناطیسی زمین

میدانیم كه زمین یك میدان مغناطیسی دارد. زیرا عقربه قطب نما، هرگاه مانعی برای چرخش نداشته باشد، در هر موقعیتی در جهت خاصی قرار میگیرد. اگر در جهت شمالی كه عقربه قطب نما نشان میدهد سفر كنیم، سرانجام به جایی میرسیم كه قطب شمال مغناطیسی زمین نامیده میشود؛ با این حال، تقریباً 1600 كیلومتر با قطب شمال جغرافیایی زمین، كه بر محور چرخش زمین واقع است، فاصله خواهیم داشت. قطب شمال جغرافیایی نقطه ای بر سطح زمین است كه با وجود چرخش زمین ساكن است. همه ِیاین مطالب در خصوص ناحیه قطب جنوبی نیز صادق است. پیش از توضیح علت وجود میدان مغناطیسی در زمین، ملاحظات زیر را باید در نظر داشته باشیم. در حال حاضر، قطب شمال مغناطیسی در شمال شرقی كانادا واقع است، اما همیشه در آنجا نبوده است بلكه به نحوی تقریباً نامنظم در اطراف قطب شمال جغرافیایی در گردش بوده است. علاوه بر این، زمین شناسان با كاوش در صخره های زیر زمینی كه شامل كانی های مغناطیسی است، به شواهدی دست یافته اند مبنی بر اینكه قطب میدان مغناطیسی زمین، بارها در هر یك از نُه دوران 3.6 میلیون سال گذشته، معكوس شده است. وقتی كانیهای مغناطیسی در صخره ها از حالت مایع متبلور میشوند، اجزای مغناطیسی آنها، در حین تبلور، با میدان مغناطیسی زمین در یك ردیف قرار میگیرند. وقتی چنین صخره هایی در زیر زمین یافت میشوند، خاصیت مغناطیسی شان جهت میدان مغناطیسی زمین را به هنگام تشكیل این صخره ها نشان میدهد.

برای میدان مغناطیسی پایدار زمین هیچگونه توضیح كاملی ارائه نشده است، اما دست كم میتوانیم این احتمال را رد كنیم كه منبع یاز "آهن ربای طبیعی" در شمال شرقی كانادا مدفون است. اگر چنین چیزی حقیقت داشت، توضیح تغییرات مشاهده شده در موضع قطب های مغناطیسی زمین، تغییراتی كه فقط در یك دوره یچند صدساله در صدها كیلومتریزمین اندازه گیری شده است، ناممكن بود.

تصوری كلی در این باره وجود دارد كه دست كم توضیح مختصری از میدان مغناطیسی زمین به دست میدهد. هر جا كه ذرات باردار در یك حركت دورانی جریان پیدا كنند، میدان مغناطیسی ایجاد میشود. اگر ذرات بارداری درون زمین وجود داشته باشد، با چرخش زمین طبیعتاً در یك حركت دورانی قرار میگیرد. شاید، درون هسته خارجی مایع زمین، جریان هایی گردابی(گرداب های كوچك) برقرار است كه میدان های مغناطیسی منفردی تولید میكنند و میدان كلی جمع جبری این میدان های منفرد باشد. شق دیگر این است كه لایه های متفاوت زمین و یا عرض های جغرافیایی متفاوت، با سرعت های اندكی متفاوت میچرخند و حركت ینسبی میان ذرات باردار زمین به وجود میآورند. این فرآیند نیز میتواند یك میدان مغناطیسی ایجاد كند. همچنان كه با كاوشگر های كنارگذر، مدارگردها، و سطح نشینها به مشاهده سایر سیارات میپردازیم، میخواهیم میدان مغناطیسی آن ها را با میدان مغناطیسی زمین مقایسه كنیم.

کمربند های درونی و بیرونی وان آلن

میدان مغناطیسی زمین را میتوان با خطوطی تجسم كرد كه ظاهراً از قطب شمال مغناطیسی بیرون میآیند و به قطب جنوب مغناطیسی بر میگردند. این خطوط فرضی اند، اما دلالت بر جهتیدارند كه اگر قطب نما در مكان معینی برچنین خطی قرار گیرد، آن جهت را نشان میدهد. برای ذره بارداری كه در این میدان مغناطیسی حركت كند نیرویی وارد میآید كه بر این خطوط مغناطیسی عمود است و ذره باردار را در مسیری دایروی برگرد زمین به حركت در میآورد. به این ترتیب به نظر میرسد كه زمین بعضی از ذرات باردار سریع (الكترون، پروتون و ذرات دیگر) گسیل یافته از خورشید را به دام میاندزد. دو ناحیه چنبره ایشكل از ذرات پرانرژی، به نام كمربندهای وان آلن، در ارتفاع های3200 كیلومتر و 16000 كیلومتر استوا قرار دارند. نواحی بالای قطب ها نسبتاً خالیاز این ذرات به دام افتاده اند.

گاهی میدان مغناطیسی زمین، بر اثر فعالیت های خورشیدی، به شدت مختل میشود. مثلا، همراه با شراره خورشیدی، ‌انرژی عظیمی رها میشود كه غالباً ارتباطات رادیویی را قطع میكند و تغییراتی در میدان مغناطیسی زمین پدید میآورد. حتی وقتی خورشید نسبتاً آرام است، جریان ثابتی از ذرات باردار، به نام باد خورشیدی، جریان میابد. این باد خورشیدی واپیچشه ایی در میدان مغناطیسی زمین ایجاد میكند. اطلاعات حاصل از ماهواره هایی كه زمین را دور می زنند و بارها از درون و بیرون نواحی این میدان مغناطیسی می گذرند، حاكی از آن است كه این میدان در طرفی كه به سوی خورشید است، تا حدی پهن شده و در طرف مقابل آن به صورت یك "دنباله" مغناطیسی است.

منبع

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