میدان مغناطیسی زمین

میدانیم که زمین یک 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 که عقربه قطب نما نشان میدهد سفر کنیم، سرانجام به جایی میرسیم که قطب شمال مغناطیسی زمین نامیده میشود؛ با این حال، تقریباً 1600 کیلومتر با قطب شمال جغرافیایی زمین، که بر محور چرخش زمین واقع است، فاصله خواهیم داشت. قطب شمال جغرافیایی نقطه ای بر سطح زمین است که با وجود چرخش زمین ساکن 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 کانادا واقع است، اما همیشه در آنجا نبوده است بلکه به نحوی تقریباً نامنظم در اطراف قطب شمال جغرافیایی در گردش بوده است. علاوه بر این، زمین شناسان با کاوش در صخره های زیر زمینی که شامل کانی های مغناطیسی است، به شواهدی دست یافته اند مبنی بر اینکه قطب میدان مغناطیسی زمین، بارها در هر یک از نُه دوران 3.6 میلیون سال گذشته، معکوس شده است. وقتی کانیهای مغناطیسی در صخره ها از حالت مایع متبلور میشوند، اجزای مغناطیسی آنها، در حین تبلور، با میدان مغناطیسی زمین در یک ردیف قرار میگیرند. وقتی چنین صخره هایی در زیر زمین یافت میشوند، خاصیت مغناطیسی شان جهت میدان مغناطیسی زمین را به هنگام تشکیل این صخره ها نشان میدهد.

برای میدان مغناطیسی پایدار زمین هیچگونه توضیح کاملی ارائه نشده است، اما دست کم میتوانیم این احتمال را رد کنیم که منبع یاز "آهن ربای طبیعی" در شمال شرقی کانادا مدفون است. اگر چنین چیزی حقیقت داشت، توضیح تغییرات مشاهده شده در موضع قطب های مغناطیسی زمین، تغییراتی که فقط در یک دوره یچند صدساله در صدها کیلومتریزمین اندازه گیری شده است، ناممکن بود.

تصوری کلی در این باره وجود دارد که دست کم توضیح مختصری از میدان مغناطیسی زمین به دست میدهد. هر جا که ذرات باردار در یک حرکت دورانی جریان پیدا کنند، میدان مغناطیسی ایجاد میشود. اگر ذرات بارداری درون زمین وجود داشته باشد، با چرخش زمین طبیعتاً در یک حرکت دورانی قرار میگیرد. شاید، درون هسته خارجی مایع زمین، جریان هایی گردابی(گرداب های کوچک) برقرار است که میدان های مغناطیسی منفردی تولید میکنند و میدان کلی جمع جبری این میدان های منفرد باشد. شق دیگر این است که لایه های متفاوت زمین و یا عرض های جغرافیایی متفاوت، با سرعت های اندکی متفاوت میچرخند و حرکت ینسبی میان ذرات باردار زمین به وجود میآورند. این فرآیند نیز میتواند یک میدان مغناطیسی ایجاد کند. همچنان که با کاوشگر های کنارگذر، مدارگردها، و سطح نشینها به مشاهده سایر سیارات میپردازیم، میخواهیم میدان مغناطیسی آن ها را با میدان مغناطیسی زمین مقایسه کنیم.

کمربند های درونی و بیرونی وان آلن

میدان مغناطیسی زمین را میتوان با خطوطی تجسم کرد که ظاهراً از قطب شمال مغناطیسی بیرون میآیند و به قطب جنوب مغناطیسی بر میگردند. این خطوط فرضی اند، اما دلالت بر جهتیدارند که اگر قطب نما در مکان معینی برچنین خطی قرار گیرد، آن جهت را نشان میدهد. برای ذره بارداری که در این میدان مغناطیسی حرکت کند نیرویی وارد میآید که بر این خطوط مغناطیسی عمود است و ذره باردار را در مسیری دایروی برگرد زمین به حرکت در میآورد. به این ترتیب به نظر میرسد که زمین بعضی از ذرات باردار سریع (الکترون، پروتون و ذرات دیگر) گسیل یافته از خورشید را به دام میاندزد. دو ناحیه چنبره ایشکل از ذرات پرانرژی، به نام کمربندهای وان آلن، در ارتفاع های3200 کیلومتر و 16000 کیلومتر 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 که غالباً ارتباطات رادیویی را قطع میکند 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 میکند. اطلاعات حاصل از ماهواره هایی که زمین را دور می زنند و بارها از درون و بیرون نواحی این میدان مغناطیسی می گذرند، حاکی از آن است که این میدان در طرفی که به سوی خورشید است، تا حدی پهن شده و در طرف مقابل آن به صورت یک "دنباله" مغناطیسی است.

منبع

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