يلعب المجال المغناطيسي للأرض دورًا كبيرًا في حماية الإنسان من الإشعاعات الخطرة والنشاط المغناطيسي الأرضي الذي قد يؤثر على الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وتشغيل شبكات الكهرباء. ويتحرك.
لقد درس العلماء وتتبعوا حركة الأقطاب المغناطيسية لعدة قرون. وتشير الحركة التاريخية لهذه الأقطاب إلى حدوث تغير في الهندسة العالمية للمجال المغناطيسي للأرض. وقد يشير أيضًا إلى بداية انعكاس المجال – “الانقلاب” بين القطبين المغناطيسيين الشمالي والجنوبي.
أنا فيزيائي يدرس التفاعل بين الكواكب والفضاء. على الرغم من أن تحرك القطب المغناطيسي الشمالي قليلًا لا يمثل مشكلة كبيرة، إلا أن الانعكاس يمكن أن يكون له تأثير كبير على مناخ الأرض وتقنيتنا الحديثة. لكن هذه الانتكاسات لا تحدث على الفور. وبدلا من ذلك، فإنها تحدث على مدى آلاف السنين.
توليد المجال المغناطيسي
إذًا كيف يتم توليد المجالات المغناطيسية مثل تلك الموجودة حول الأرض؟
تتولد المجالات المغناطيسية عن طريق تحريك الشحنات الكهربائية. تسمى المادة التي تمكن الشحنات من التحرك بسهولة داخلها بالموصل. المعدن هو أحد الأمثلة على الموصلات، حيث يستخدمه الناس لنقل التيارات الكهربائية من مكان إلى آخر. التيار الكهربائي نفسه هو ببساطة شحنات سالبة تسمى الإلكترونات التي تتحرك عبر المعدن. هذا التيار يولد مجالا مغناطيسيا.
يمكن العثور على طبقات من المواد الموصلة في قلب الحديد السائل للأرض. وتتحرك تيارات الشحنات في جميع أنحاء النواة، كما يتحرك الحديد السائل ويدور في النواة أيضًا. هذه الحركات تولد المجال المغناطيسي.
الأرض ليست الكوكب الوحيد الذي يمتلك مجالًا مغناطيسيًا، فالكواكب الغازية العملاقة مثل المشتري لديها طبقة هيدروجين معدنية موصلة تولد مجالاتها المغناطيسية.
إن حركة هذه الطبقات الموصلة داخل الكواكب تؤدي إلى نوعين من المجالات. وتؤدي الحركات الأكبر، مثل الدوران على نطاق واسع مع الكوكب، إلى مجال مغناطيسي متماثل مع قطب شمالي وجنوبي – يشبه مغناطيس اللعبة.
قد تحتوي هذه الطبقات الموصلة على بعض الحركات غير المنتظمة المحلية بسبب الاضطراب المحلي أو التدفقات الأصغر التي لا تتبع النمط واسع النطاق. ستظهر هذه المخالفات في بعض الحالات الشاذة الصغيرة في المجال المغناطيسي للكوكب أو الأماكن التي ينحرف فيها المجال عن كونه مجالًا ثنائي القطب مثاليًا.
يمكن لهذه الانحرافات الصغيرة في المجال المغناطيسي أن تؤدي في الواقع إلى تغيرات في المجال واسع النطاق مع مرور الوقت وربما حتى انعكاس كامل لقطبية المجال ثنائي القطب، حيث يصبح الشمال جنوبًا والعكس صحيح. تشير تسميات “الشمال” و”الجنوب” في المجال المغناطيسي إلى قطبيهما المعاكسين – ولا يرتبطان بالشمال والجنوب الجغرافي.
الغلاف المغناطيسي للأرض، عبارة عن فقاعة واقية
يخلق المجال المغناطيسي للأرض “فقاعة” مغناطيسية تسمى الغلاف المغناطيسي فوق الجزء العلوي من الغلاف الجوي، طبقة الأيونوسفير.
يلعب الغلاف المغناطيسي دورًا رئيسيًا في حماية الناس. إنه يحمي ويعكس إشعاع الأشعة الكونية الضار عالي الطاقة، والذي ينشأ في انفجارات النجوم ويتحرك باستمرار عبر الكون. يتفاعل الغلاف المغناطيسي أيضًا مع الرياح الشمسية، وهي عبارة عن تدفق للغاز الممغنط المنبعث من الشمس.
إن تفاعل الغلاف المغناطيسي والأيونوسفير مع الرياح الشمسية الممغنطة يخلق ما يسميه العلماء الطقس الفضائي. عادةً ما تكون الرياح الشمسية معتدلة ولا يوجد سوى القليل من الطقس الفضائي.
ومع ذلك، هناك أوقات تقذف فيها الشمس سحبًا ممغنطة كبيرة من الغاز تسمى عمليات الانبعاث الكتلي الإكليلي إلى الفضاء. إذا وصلت هذه الانبعاثات الكتلية الإكليلية إلى الأرض، فإن تفاعلها مع الغلاف المغناطيسي يمكن أن يولد عواصف مغناطيسية أرضية. يمكن للعواصف الجيومغناطيسية أن تخلق الشفق القطبي، وهو ما يحدث عندما يضرب تيار من الجسيمات النشطة الغلاف الجوي ويضيء.
أثناء أحداث الطقس الفضائي، يوجد المزيد من الإشعاع الخطير بالقرب من الأرض. يمكن أن يؤدي هذا الإشعاع إلى الإضرار بالأقمار الصناعية ورواد الفضاء. يمكن أن يؤدي الطقس الفضائي أيضًا إلى إتلاف أنظمة التوصيل الكبيرة، مثل خطوط الأنابيب الرئيسية وشبكات الطاقة، عن طريق التحميل الزائد للتيارات في هذه الأنظمة.
يمكن أن تؤدي أحداث الطقس الفضائي أيضًا إلى تعطيل الاتصالات عبر الأقمار الصناعية وتشغيل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهو ما يعتمد عليه الكثير من الناس.
تقلبات الميدان
يرسم العلماء ويتتبعون الشكل العام واتجاه المجال المغناطيسي للأرض باستخدام قياسات محلية لاتجاه المجال وحجمه، ومؤخرًا باستخدام النماذج.
تحرك موقع القطب المغناطيسي الشمالي بنحو 600 ميل (965 كيلومترًا) منذ إجراء القياس الأول في عام 1831. وزادت سرعة الهجرة من 10 أميال سنويًا إلى 34 ميلًا سنويًا (16 كيلومترًا إلى 54 كيلومترًا) في السنوات الأخيرة. يمكن أن يشير هذا التسارع إلى بداية انعكاس المجال، لكن العلماء لا يستطيعون معرفة ذلك باستخدام بيانات أقل من 200 عام.
ينعكس المجال المغناطيسي للأرض على فترات زمنية تتراوح بين 100.000 إلى 1.000.000 سنة. يمكن للعلماء معرفة عدد المرات التي ينعكس فيها المجال المغناطيسي من خلال النظر إلى الصخور البركانية في المحيط.
تلتقط هذه الصخور اتجاه وقوة المجال المغناطيسي للأرض عند إنشائها، لذا فإن تأريخ هذه الصخور يوفر صورة جيدة لكيفية تطور المجال المغناطيسي للأرض مع مرور الوقت.
تحدث انعكاسات المجال بسرعة من وجهة نظر جيولوجية، على الرغم من أنها بطيئة من وجهة نظر بشرية. عادة ما يستغرق الانعكاس بضعة آلاف من السنين، ولكن خلال هذا الوقت قد يتغير اتجاه الغلاف المغناطيسي ويعرض المزيد من الأرض للإشعاع الكوني. قد تغير هذه الأحداث تركيز الأوزون في الغلاف الجوي.
لا يمكن للعلماء أن يعرفوا بثقة متى سيحدث انعكاس المجال التالي، لكن يمكننا الاستمرار في رسم الخرائط وتتبع حركة الشمال المغناطيسي للأرض.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: عوفر كوهين، يوماس لويل
اقرأ المزيد:
يعمل عوفر كوهين في جامعة ماساتشوستس لويل. تستفيد الجامعة من أي مقال عام يكتبه أحد أعضاء هيئة التدريس من حيث التعرض والظهور. حصل عوفر كوهين على تمويل من وكالة ناسا يرتبط بطريقة أو بأخرى بالمقال.