Магнітне поле Землі: пояснення

Наш захисний щит допомагає захищати нас від негоди в космосі. Магнітне поле Землі — також відоме як геомагнітне поле — утворюється всередині нашої планети і простягається в космос, створюючи область, відому як магнітосфера. Без магнітного поля життя на Землі було б неможливе, оскільки воно захищає нас від постійного бомбардування зарядженими частинками, що випромінюються від Сонця — сонячного вітру. (Щоб дізнатися, що стається з планетою, коли вона втрачає своє магнітне поле, достатньо поглянути на Марс.)

Земля має два набори полюсів: географічні та магнітні. Магнітне поле Землі можна уявити, якщо уявити великий стрижневий магніт всередині нашої планети, приблизно вирівняний з віссю Землі. Кожен кінець магніту знаходиться відносно близько (приблизно 10 градусів) до географічних Північного і Південного полюсів. Невидимі лінії магнітного поля Землі рухаються в замкненій, безперервній петлі і майже вертикальні на кожному магнітному полюсі.

Географічні Північний і Південний полюси — це місця, де сходяться лінії довготи згідно з ГІС. Географічний Північний полюс знаходиться в центрі Північного Льодовитого океану, а Географічний Південний полюс — в Антарктиді. Магнітні полюси знаходяться там, де магнітні лінії тяжіння входять в Землю. Магнітний Північний полюс також відомий як Північний Дипольний полюс і наразі знаходиться на острові Елсмір у Північній Канаді. Коли магнітний компас вказує на північ, він вирівнюється з магнітним полем Землі і вказує на Магнітний Північний полюс, а не на Географічний Північний полюс, який насправді знаходиться приблизно на 310 миль (500 кілометрів) від нього, згідно з ГІС!

І для ще більшого ускладнення, те, що ми називаємо Північним Магнітним полюсом, насправді є південним магнітним полюсом… Дайте мені пояснити. Джерела магнітного поля є дипольними, тобто вони мають північний і південний полюси. І коли мова йде про магніти, протилежні полюси (N і S) притягуються, тоді як однакові полюси (N і N, S і S) відштовхуються. Тому, коли компас вказує на північ, він фактично притягується до південного магнітного полюса, який знаходиться поруч з Географічним Північним полюсом.

На відміну від географічних полюсів, магнітні полюси Землі не є фіксованими і мають тенденцію переміщуватися з часом. Британський полярний дослідник Джеймс Кларк Росс вперше визначив Магнітний Північний полюс на півострові Бутія в Канадській території Нунавут у 1831 році, згідно з антарктичним туристичним сайтом Antarctic Logistics. Від моменту свого відкриття магнітний північний полюс переміщується приблизно на 25 миль (40 кілометрів) на рік у північно-західному напрямку, згідно з Королівськими музеями Гринвіча. Більше того, магнітні полюси Землі також “переверталися”, коли північ ставав півднем і навпаки. Ці магнітні реверсії відбуваються нерегулярними інтервалами кожні приблизно 200 000 років.

Що спричиняє магнітне поле Землі?

Магнітне поле Землі утворюється за допомогою процесу, відомого як геодинамо. Згідно з National Geographic, щоб планета генерувала власне магнітне поле за допомогою геодинамо, вона повинна мати наступні характеристики: Планета повинна швидко обертатися Її внутрішня частина повинна мати рідке середовище Це рідке середовище повинно мати здатність проводити електрику Ядро повинно мати внутрішнє джерело енергії, яке створює конвекційні струми в рідкій частині. Генерація магнітного поля Землі відбувається глибоко в її надрах, точніше у шарі, відомому як зовнішнє ядро. Тут конвективна енергія повільно рухомого розплавленого заліза перетворюється на електричну та магнітну енергію, згідно з Геологічною службою США. Магнітне поле тоді індукує електричні струми, які в свою чергу генерують власне магнітне поле, що індукує ще більше електричних струмів, утворюючи позитивний зворотний зв’язок.

Як магнітне поле захищає Землю?

Наш захисний магнітний “міхур”, відомий як магнітосфера, захищає нас від шкідливої космічної погоди, такої як сонячний вітер. Без магнітосфери сонячний вітер руйнував би нашу атмосферу, позбавляючи нашу планету життєдайного повітря, яким ми дихаємо.

Згідно з NASA, магнітосфера також захищає Землю від великої кількості часток радіації, що випромінюються під час корональних викидів маси (CME), а також від космічних променів — фрагментів атомів, які падають на Землю з далекого космосу. Магнітосфера відхиляє шкідливу енергію від Землі і затримує її в зонах – радіаційних поясах Ван Аллена. Ці пояси у формі пончиків можуть розширюватися, коли активність Сонця збільшується.

Але наш захисний щит не є повністю неприступним. Під час особливо сильних космічних погодних явищ, таких як високі сонячні вітри або великі корональні викиди маси, магнітне поле Землі порушується, і геомагнітні бурі можуть проникнути в магнітосферу, що призводить до широкомасштабних радіо- та електроперебоїв, а також загрожує астронавтам і супутникам на орбіті Землі.

У 1859 році велика сонячна буря, відома як подія Керрінгтона, спричинила масштабні відмови телеграфної системи, а в 1989 році CME (coronal mass ejection – викид корональної маси), супроводжуваний сонячним спалахом, занурив всю провінцію Квебек, Канада, у темряву, що тривала близько 12 годин, згідно з заявою NASA. Ступінь магнітного порушення від CME залежить від магнітного поля CME і Землі. Якщо магнітне поле CME вирівняне з магнітним полем Землі, вказуючи з півдня на північ, CME пройде повз з незначним ефектом. Однак, якщо CME вирівняний в протилежному напрямку, це може призвести до реорганізації магнітного поля Землі, що спричиняє великі геомагнітні бурі.

Менш руйнівним і набагато красивішим побічним ефектом порушень магнітосфери є полярні сяйва над полярними регіонами Землі. Це явище відоме як північне сяйво у Північній півкулі і південне сяйво у Південній півкулі. Порушення магнітного поля Землі спрямовують іони вниз до полюсів Землі, де вони стикаються з атомами кисню та азоту в атмосфері Землі, створюючи захоплюючі світлові шоу аврори.

Магнітні перевертання полюсів

Згідно з Science Daily, за останні 200 мільйонів років магнітні полюси Землі переверталися сотні разів у процесі, коли північ стає півднем і південь стає північчю. Магнітні полюси перевертаються приблизно кожні 200 000 – 300 000 років, згідно з NASA, хоча минуло вже більше ніж удвічі більше часу з моменту останнього перевертання. Останнє магнітне перевертання Землі відбулося приблизно 790 000 років тому, тому ми дещо запізнюємось із наступним. Але не хвилюйтеся, магнітні полюси не перевернуться просто за одну ніч, це може зайняти сотні або навіть тисячі років для повного перевертання.

Магнітні поля на інших планетах Сонячної системи

Земля не єдина планета в Сонячній системі, яка має магнітне поле. Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун мають магнітні поля набагато сильніші за земне, згідно з Union University, хоча механізми, які лежать в основі цих магнітних полів, поки що не до кінця зрозумілі. Не всі планети мають таку удачу мати захисний магнітний шар. Марс не має достатньо внутрішнього тепла і рідкої внутрішньої частини, необхідної для генерації магнітного поля. Венера, з іншого боку, має рідке ядро, але не обертається досить швидко, щоб створити магнітне поле.