Магнитное поле Земли играет большую роль в защите людей от опасной радиации и геомагнитной активности, которая может повлиять на спутниковую связь и работу энергосистем. И оно движется.
Ученые веками изучали и отслеживали движение магнитных полюсов. Историческое движение этих полюсов указывает на изменение глобальной геометрии магнитного поля Земли.
Оно может даже указывать на начало реверса поля — «переворота» северного и южного магнитных полюсов.
Содержание
Я физик, изучающий взаимодействие между планетами и космосом. Если небольшое перемещение северного магнитного полюса — это не так уж и важно, то разворот может сильно повлиять на климат Земли и наши современные технологии. Но эти изменения не происходят мгновенно. Они происходят в течение тысяч лет.
Генерация магнитного поля
Как же создаются магнитные поля, подобные земному?
Магнитные поля генерируются движущимися электрическими зарядами. Материал, который позволяет зарядам легко перемещаться в нем, называется проводником. Металл является одним из примеров проводника — люди используют его для передачи электрического тока из одного места в другое. Сам электрический ток — это просто отрицательные заряды, называемые электронами, движущиеся по металлу. Этот ток создает магнитное поле.
Слои проводящего материала можно обнаружить в жидком железном ядре Земли. Токи зарядов движутся по всему ядру, и жидкое железо также движется и циркулирует в ядре. Эти движения и создают магнитное поле.
Земля — не единственная планета с магнитным полем: у газовых гигантов, таких как Юпитер, есть проводящий слой металлического водорода, который создает их магнитные поля.
Движение таких проводящих слоев внутри планет приводит к возникновению двух типов полей. Более крупномасштабные движения, такие как вращение планеты, приводят к возникновению симметричного магнитного поля с северным и южным полюсом — похожего на игрушечный магнит.
Эти проводящие слои могут иметь некоторые локальные нерегулярные движения из-за местной турбулентности или небольших потоков, которые не следуют крупномасштабной схеме. Эти нарушения проявляются в небольших аномалиях в магнитном поле планеты или местах, где поле отклоняется от идеального дипольного поля.
Эти небольшие отклонения могут со временем привести к изменению глобального поля и, возможно, даже к полному изменению полярности дипольного поля, когда север становится югом и наоборот.
Обозначения «север» и «юг» на магнитном поле относятся к их противоположным полярностям — они не связаны с географическими севером и югом.
Магнитосфера Земли, защитный пузырь
Магнитное поле Земли создает магнитный «пузырь», называемый магнитосферой, над самой верхней частью атмосферы, слоем ионосферы.
Магнитосфера играет важную роль в защите людей. Она защищает и отклоняет вредное высокоэнергетическое космическое излучение, которое образуется при взрывах звезд и постоянно перемещается по Вселенной. Магнитосфера также взаимодействует с солнечным ветром, который представляет собой поток намагниченного газа, исходящего от Солнца.
Взаимодействие магнитосферы и ионосферы с намагниченным солнечным ветром создает то, что ученые называют космической погодой. Обычно солнечный ветер слабый, и космической погоды практически не бывает.
Однако бывают случаи, когда Солнце выбрасывает в космос большие намагниченные облака газа, называемые корональными выбросами массы. Если эти корональные выбросы долетают до Земли, их взаимодействие с магнитосферой может вызвать геомагнитные бури. Геомагнитные бури могут создавать полярные сияния, когда поток заряженных частиц попадает в атмосферу и вспыхивает.
Во время космической погоды вблизи Земли возникает более опасное излучение. Это излучение может нанести вред спутникам и космонавтам. Космическая погода также может повредить крупные проводящие системы, такие как магистральные трубопроводы и электросети, перегружая их токами.
События космической погоды также могут нарушить спутниковую связь и работу GPS, на которые полагаются многие люди.
Перевороты поля
Ученые составляют карту и отслеживают общую форму и ориентацию магнитного поля Земли, используя локальные измерения ориентации и величины поля, а в последнее время и модели.
С момента первого измерения в 1831 году местоположение северного магнитного полюса сместилось примерно на 965 километров. В последние годы скорость перемещения увеличилась с 16 до 54 километров в год. Такое ускорение может свидетельствовать о начале разворота поля, но ученые не могут сказать более точно, располагая данными всего лишь менее чем за 200 лет.
Магнитное поле Земли меняет направление на противоположное с периодичностью от 100 000 до 1 000 000 лет. Ученые могут определить частоту изменения магнитного поля, изучая вулканические породы в океане.
Эти породы фиксируют ориентацию и силу магнитного поля Земли в момент своего образования, поэтому датировка этих пород дает хорошее представление о том, как менялось поле Земли с течением времени.
С геологической точки зрения развороты поля происходят быстро, но с точки зрения человека — очень медленно. Обычно разворот занимает несколько тысяч лет, но за это время ориентация магнитосферы может измениться и подвергнуть большую часть Земли воздействию космической радиации. Эти события могут изменить концентрацию озона в атмосфере.
Ученые не могут с уверенностью сказать, когда произойдет следующий разворот поля, а мы можем лишь продолжать составлять карты и отслеживать движение магнитного севера Земли.
Офер Коэн, доцент кафедры физики и прикладной физики, Университет Массачусетс Лоуэлл, США.
Читайте также: Безумный план по созданию на Марсе искусственной магнитосферы
