میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

نوشته محمد گنجی جمعه - ۱۳ بهمن ۱۳۹۶

میدان مغناطیسی زمین ، هر یک از دو قطب میدان مغناطیس زمین را قطب مغناطیسی می‌نامند که در شمال و جنوب قرار دارند.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

قطب شمال میدان مغناطیسی در آمریکای شمالی و قطب جنوب آن در منطقهٔ قطب جنوب واقع شده‌اند. قطب‌های مغناطیسی به طور ثابت در یک نقطه قرار ندارند و به تدریج تغییر مکان می‌دهند. محل قطب مغناطیسی شمال در سال ۱۹۹۷ در نزدیکی جزیره الف رینگنس واقع در کانادا به مختصات ۱۰۴ درجه غربی و ۷۹ درجه شمالی قرار داشته است و موقعیت قطب جنوب آن در سال ۱۹۹۵، در طول جغرافیایی ۱۰۸ درجه شرقی و عرض جغرافیایی ۷۹ درجه جنوبی، در جنوب قرار داشته‌است. نکته جالب این است که دو قطب شمال و جنوب مغناطیس هیچ گاه روی قطر کره زمین قرار نگرفته و خط پیونددهنده آن دو همواره از فاصله حدود ۱۲۰۰ کیلومتری مرکز زمین گذر می‌کند. بزرگی میدان مغناطیسی در سطح زمین بین ۲۵ تا ۶۵ میکرو تسلا (۰.۲۵ تا ۰.۶۵ گاوس) است.

هر نقطه‌ای در نزدیکی سطح زمین ، عقربه مغناطیسی آویزان از رشته یا واقع روی یک نقطه به ترتیب خاصی سمت گیری می‌کند (تقریبا در جهت شمال به جنوب). این واقعیت مهم به این معنا است که زمین میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند، مطالعه میدان مغناطیسی زمین برای مقاصد عملی و علمی از اهمیتی اساسی برخودار است.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

از زمانهای قدیم ، قطب نماها ، یعنی وسایلی بر اساس استفاده از میدان مغناطیسی زمین برای سمت گیری نسبت به چهار جهت اصلی ، بکار گرفته می‌شدند. قطب نمای مرسوم شامل یک عقره مغناطیسی و یک صفحه مدرج است و در جهت یابیها کاربرد وسیعی دارد.

از میدان مغناطیسی زمین چه استفاده‌هایی می‌شود؟

در دریانوردی و هوانوردی جدید ، دیگر قطب نمای مغناطیسی تنها وسیله‌ای برای سمت گیری و تعیین مسیر کشتی یا هواپیما نیست. برای این منظور وسایل دیگری نیز وجود دارد. با وجود این ، از اهمیت قطب نمای مغناطیسی به هیچ وجه کاسته نشده است. تمام کشتیها و هواپیماهای امروزی به قطب نمای مغناطیسی مجهزند. زمین شناسان ، شکارچیان و مسافران نیز از قطب نما خیلی استفاده می‌کنند. وجود میدان مغناطیسی زمین انجام پاره‌ای از بررسیهای مهم دیگر را میسر ساخته است. از آن جمله می‌توان از روشهای اکتشاف و مطالعه ذخایر آهن نام برد.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

 

قطبهای مغناطیسی زمین

مغناطیس زمین
پیرامون زمین را میدان مغناطیسی که ماینوتسفر یا مغناطو کره نامیده می‌شود احاطه نموده است. باید توجه داشت که نقاط به هم رسیدن خطوط میدان مغناطیسی روی سطح زمین قرار ندارد، بلکه قدری از آن پایینتر هستند. همچنین قطبهای مغناطیسی زمین با قطبهای جغرافیایی آن منطبق نیستند. محور میدان مغناطیسی زمین ، یعنی خط مستقیمی که از هر دو قطب مغناطیسی می‌گذرد، از مرکز زمین نمی‌گذرد و از اینرو قطر زمین نیست. مغناطو کره توسط دو عامل مشخص می‌شود: انحراف مغناطیسی و شیب مغناطیسی.

انحراف مغناطیسی عبارت است از زاویه انحراف عقربه مغناطیسی از نصف النهار جغرافیایی مورد نظر. خطوط واصل نقاط دارای انحراف مغناطیسی مساوی که خطوط هم گوشه نام دارند، در جنوب و شمال قطبین مغناطیسی که مخالف قطبین جغرافیایی است، همگرا می شود. برخی از محققان ، عدم تطابق قطبهای مغناطیسی و جغرافیایی را به توزیع نایکنواخت خشکی و آب در زمین توجیه می‌نمایند.

شیب مغناطیسی عبارت است از زاویه میان عقربه مغناطیسی نسبت به افق (در نیمکره شمالی سر شمالی عقربه و در نیمکره جنوبی عقربه به افق متمایل می شود). ضمن حرکت از استوا به سوی قطبین ، شیب مغناطیس افزایش می یابد. خط واصل نقاط دارای شیب صفر استوای مغناطیسی نام دارد . استوای مغناطیسی ، استوای جغرافیایی را در دو نقطه، یکی با ۱۶۹˚ طول شرقی و دیگری با ˚۲۳ طول غربی به جنوب و در نیمکره شرقی به شمال منحرف می گردد. در قطبین مغناطیسی شیب به ˚۹۰ می رسد.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

 

مغناطش خود بخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین

از مغناطش خودبخودی مواد در میدان مغناطیسی زمین استفاده‌های زیادی می‌شود. از جمله در ساخت مینهای مغناطیسی است که در عمق معینی زیر سطح آب قرار می‌دهند و با عبور کشتی از بالای آنها منفجر می‌شود. ساز و کاری که باعث صعود مین به سطح و انفجار آن می‌شود وقتی عمل می‌کند که عقربه مغناطیسی که می‌تواند حول میله‌ای افقی بچرخد، بر اثر میدان مغناطیسی کشتی که از بالای مین می گذرد، بتواند بگردد. معلوم شده است که کشتی همیشه خودبخود آهنربا می‌شود. برای محافظت در مقابل مینهای مغناطیسی دو روش بکار می‌برند:

مین روبی

این روش عبارت است از حمل مغناطیس نیرومندی که با طنابهای سیمی از هواپیمای در حال پرواز در ارتفاع کم در منطقه مین گذاری شده آویزان می‌شود. گاهی کابل سیمی دایره شکلی را بطور شناور روی آب قرار می‌دهند و جریانی از آن می‌گذرانند. بر اثر میدان مغناطیسی یا جریان ، ساز و کار مینها عمل می‌کند و بدون هیچ خسارتی منفجر می‌شوند.

خنثی سازی میدان مغناطیسی کشتی

این روش به این ترتیب است که حلقه هایی از سیم عایق بندی شده را به کشتی وصل می‌کنند و جریانی را از آنها می‌گذرانند، بطوری که میدان مغناطیسی این جریان مساوی و در خلاف جهت میدان مغناطیسی کشتی (که یک مغناطیس دائمی است) باشد. وقتی که این میدانها باهم ترکیب شوند، همدیگر را خنثی می‌کند و کشتی بدون اینکه ساز و کار مین را به کار اندازد از روی آن می‌گذرد.

آنچه باید بدانیم

  • از مدتها پیش (قرن شانزدهم) معلوم شده است که شبکه پنجره قائم به مرور زمان آهنربا می‌شود.
  • یکی از اولین پژوهشگران میدان مغناطیسی زمین ، گیلبرت (Gilbert) آزمایش زیر را در کتاب خود شرح داده است. اگر شخصی به یک میله آهنی که از شمال به جنوب قرار گرفته است با چکش بکوبد، میله آهنربا می‌شود.
  • در تدارک پرواز به قطب شمال ، بیشترین توجه به سمت گیری هواپیما در نزدیکی قطب مبذول می‌شود، زیرا قطبهای مغناطیسی معمولی در این فاصله به کلی از کار کردن باز می‌ماند و عملا بدون استفاده هستند.

میدان مغناطیسى زمین همانند پوست پیاز کره خاکى ما را در برگرفته است. توفانهاى خورشیدى آن را مورد حمله قرار داده و موجب بروز توفانهاى الکتریکى در آن مى‌گردند. این توفانها نیز متعاقبا بر روى سیستمهاى الکتریکى زمین اثر مى‌گذارد. اگر چه میدان مغناطیسى زمین کره خاکى ما را از توفانهاى خورشیدى و تشعشعات فضایى حفظ مى‌کند، اما متأسفانه این میدان مغناطیسى به تدریج در حال ضعیف‌تر شدن بوده و عواقب حاصل از آن مایه نگرانى کارشناسان امر است.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

 

نخستین خبری که ماهیت میدان مغناطیسی زمین را آشکار ساخت!

در دهه ۸۰ میلادی رسانه‌هاى گروهى از وقوع انفجارات شدید درخورشید (در منظومه شمسى) خبر داده و متذکر شدند در اثر این انفجارات ، تشعشعات خطرناکى وارد جو زمین شده و ذرات الکتریکى باردار آن براى همگان مضر خواهد بود. در این گزارشها از قطع ارتباطات رادیویى در سراسر جهان ، از کار افتادن ماهواره‌ها و سیستمهاى برق رسانى سخن می‌رفت. این نگرانىها همه به حق بودند. پس از انفجارهاى شدید خورشیدى که ۱۴ سال پیش صورت گرفتند ابرى از ذرات باردار پر انرژى (این ذرات باردار در زبان فیزیکدانان ، پلاسما نامیده مى‌شود) با قدرتى ۱۷۰۰ بار بیشتر از روزهاى معمولى ، بسوى سیاره ما وزیدن گرفت.

در آن زمان دانشمندان از این بیم داشتند که اگر توفان حاصل از این ذرات پر انرژى به میدان مغناطیسى زمین برسند، در میدان مغناطیسى ، شدت جریان الکتریکى آنچنان زیاد خواهد بود که تقریبا تمامى فیوزهاى سیستمهاى الکتریکى از کار خواهند افتاد. خوشبختانه این فاجعه عظیم به وقوع نپیوست. تنها برخى از فرکانسهاى رادیویى دچار اشکال پخش شدند و کار بعضى از ماهواره‌ها بصورت موقت و از روى احتیاط متوقف شد.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

 

میدان مغناطیسی سپر دفاعی نامرئی

کارشناسان به این نتیجه رسیدند که میدان مغناطیسى زمین ، سپر دفاعى نامرئى ما در برابر توفانهاى خورشیدى و تشعشعات فضایى بوده است. با این وجود نقش پروتونها و ذرات آلفا در این تشعشعات و همچنین نقش میدان مغناطیسى زمین هنوز هم معماهاى بسیارى را در خود نهفته دارند. اما اصولا چرا کره زمین از دو قطب مغناطیسى برخوردار است؟ چه چیزى باعث مى‌شود که زمین همانند یک میله مغناطیسى عظیم ، آنطور که همه ما آ ن را از کلاسهاى درس فیزیک مى‌شناسیم، عمل کند؟ چرا عقربه یک قطب نما همیشه جهت شمال و جنوب مغناطیسى را بر روى زمین نشان مى‌دهد؟ (این مسئله هزاران سال پیش توسط چینیها کشف شد.)

شاید بد نباشد توضیح دهیم که حتى تا قرن شانزدهم میلادى هم بسیارى از مردم معتقد بودند که یک کوه عظیم مغناطیسى در شمال زمین وجود دارد. متخصصان رشته‌هاى فیزیک و زمین شناسى تنها چند دهه پیش بود که تئورى دیگرى را ارائه کردند و این تئورى تازه ، در انستیتوى تحقیقاتى شهر کارلسروهه مورد تأیید قرار گرفت. طبق این تئورى تقریباً ۹۵ درصد از میدان مغناطیسى زمین از طریق یک ماشین دینام یا در حقیقت ژنراتورى که با کمک اثر مغناطیسى ، انرژى الکتریکى تولید مى‌کند، در ماده مذاب قشر بیرونى هسته زمین که کلاً از آهن تشکیل شده است تولید مى‌شود. در این قشر ، جریانهایى بوجود مى‌آیند که بر اثر چرخش کره زمین شکلى مارپیچ به خود مى‌گیرند.

آزمایشهاى انجام گرفته نشانگر آنند که این جریانهاى مارپیچ ، واقعاً یک میدان مغناطیسى را بوجود مى‌آورند. میدان مغناطیسى درونى زمین بر جریانهاى الکتریکى خارجى در یونسفر جو زمین اثر گذاشته و به این ترتیب در برابر توفانهاى خورشیدى و تشعشعات زیان آور ذرات الکتریکى نقش حفاظ را بازى مى‌کند.

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

میدان مغناطیسی زمین و خواص آن

البته این میدان مغناطیسى همانند میدان مغناطیسى زمین که دائماً ضعیف‌تر مى‌شود، از یک ثبات دائمى برخوردار نیست. علاوه بر این ، بررسى سنگهاى کره زمین نشان مى‌دهد که پس از بروز یک چنین ضعفى در میدان مغناطیسى زمین ، تقریباً هر ۷۵۰ هزار سال یک بار ، محل قطبهاى شمال و جنوب مغناطیسى تغییر مى‌کند. اما بر اساس محاسبات کنونى این تغییر محل قطبهاى مغناطیسى زمین حدوداً ۵۰۰ سال دیگر انجام خواهد گرفت. اینکه علت این پدیده چیست و آیا به این خاطر ، آن طور که برخى از محققان معتقدند، آب و هواى کره زمین تغییر خواهد کرد یا اینکه اصولاً بقاى حیات بر روى کره خاکى ما با خطر مواجه مى‌شود، هنوز مشخص نیست.

نتایج تحقیقات دانشمندان آلمانی نشان می‌دهد که روباه‌ها نه تنها مکار هستند بلکه با نیروی مغناطیس زمین به خوبی آشنا هستند و برپایه آن از یک حس جهت یابی بسیار پیشرفته برخوردارند.

به گزارش مهر، نتایج تحقیقات انجام شده در دانشگاه دویسبورگ- اسن در آلمان حاکی از آن است که این جانوران قادرند میدان مغناطیسی زمین را ردیابی کرده و از آن برای توسعه مهارت‌های جهت یابی و شکار موش‌ها، موش خرماها و خرگوش‌ها استفاده کنند.

این کارشناسان رفتارشناسی حیوانات کشف کردند که روباه در هر نقطه و زمانی از روز که باشد وقتی به روی شکار می‌پرد به جهت شمال شرقی گرایش دارد.

این محققان معتقدند که روباه با این حس جهت یابی شگفت‌انگیز خود می‌تواند جهش بسیار مطلوبی را به روی شکار انجام دهد.

به این ترتیب روباه نیز همانند جانواران مهاجر شامل کبوترها، لاک پشت‌ها و نهنگ‌ها از حس جهت یابی برخوردار است.

این دانشمندان با مطالعه بر روی رفتار ۸۴ روباه قرمز وحشی در ۶۵ منطقه در سراسر جمهوری چک به این نتایج دست یافتند. این بررسی‌ها نشان داد روباه‌ها برای به دام انداختن شکار خود از بالای سر شکار بر روی آن جست می‌زنند. این دانشمندان با بیش از دو سال رصد رفتار روباه‌ها موفق شدند ۵۹۲ جهش برای شکار را ثبت کنند.

براساس گزارش دیلی میل، روباه‌ها حیوانات نسبتا کوچکی هستند و وزن آنها حدود ۵/۵ کیلوگرم است و تنها کمی از یک گربه سنگین‌ترند. این حیوانات به تنهایی شکار می‌کنند و از خوردن گیاهان، حشرات، پسماندهای غذا و پستانداران کوچک لذت می برد.

روباه‌ها به ندرت جانوری بزرگتر از یک خرگوش را می‌خورند.

راه پاکسازی کمربند مغناطیسی زمین کشف شد

با ثبت تاثیر امواج مغناطیسی کوتاه بر کمربند “وان آلن”، به نظر می‌رسد که چنین امواجی می‌توانند ذرات بارداری را که برای ماهواره ها خطرناک هستند از این کمربند دور سازند

گروهی از محققان دانشگاه اوتاگو (Otago) زلاندنو تحت مدیریت “کریگ روجر”، پیامد تاثیر امواج مغناطیسی کوتاه را بر کمربند “وان آلن” ثبت نمودند. به نظر می رسد که چنین امواجی می توانند ذرات بارداری را که برای ماهواره ها خطرناک هستند از این کمربند دور سازند.

کمربند آلن از دو بخش داخلی و خارجی برای به دام اندازی تشعشعات فضایی اطراف زمین تشکیل شده است.  آنطور که تحقیقات نشان می دهد ذرات باردار بعد از ورود به منطقه خارجی به طور متوسط بعد از چند هفته آن را ترک می کنند، در حالیکه ذرات به دام افتاده در منطقه داخلی ممکن است در حدود یک سال در آنجا باقی بمانند. این ذرات خطرات محسوسی را برای ماهواره های ارتباطاتی ایجاد می کند  چرا که برخورد با این ذرات سیستم ناوبری و انتقال داده های آنها را مختل می سازد.

به گزارش نشریه Geophysical Research Letters، دانشمندان با نظارت بر میدان های مغناطیسی زمین پیشنهاد کردند که امواج مغناطیسی کوتاه در فرکانس از ۵ تا ۲۵ کیلوهرتز باید ذرات باردار را از کمربند داخلی “وان آلن” خارج سازد. دانشمندان زلاند نو توانستند اطلاعاتی را جمع آوری کنند که این نظریه را تایید می کند.  برای این منظور آنها با استفاده از ماهواره تحقیقاتی فرانسوی DEMETR، چگالی الکترون ها در حومه کمربند داخلی را اندازه گرفته و افزایش محسوس این شاخص را در اثر روشن شدن مولدهای قوی تولید امواج کوتاه از زمین ثبت کرده اند.

این کشف در مرحله اول برای نظامیان قابل توجه است. در سال ۲۰۰۶ نیروی هوایی آمریکا برای حراست ماهواره های جاسوسی خود از تشعشعات، خواستار پاکسازی کمربند داخلی “وان آلن” شد. قرار بود که یک ماهواره رادیویی با فرکانس ۲۰ کیلوهرتزی به فضا پرتاب شود که نقش برف پاک‌کن را ایفا کند. به غیر از این، تجهیز ماهواره ها به چنین مولد هایی اجازه می دهد که خود آنها نیز از چنین تشعشعات خطرناکی محافظت شوند.

میدان مغناطیسی زمین ضعیف‌تر می‌شود

میدان مغناطیسی زمین، لایه‌ محافظ سیاره‌ ما از آسیب تشعشعات کیهانی است، اما در عین‌حال، معمایی بزرگ است که شدت و نوسان آن همواره دانشمندان را درگیر خود ساخته‌است.

براساس گزارش میل‌آنلاین، اکنون اولین مجموعه از تصاویر به‌دست آمده از گروه ماهواره‌های Swarm نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی زمین درحال ضعیف‌تر شدن است.

این محاسبات جدید که در طول ۶ ماه گذشته انجام گرفته‌اند نشان می‌دهند که میدان مغناطیسی زمین به اندازه‌ای ناچیز اما پایدار رو به ضعیف‌شدن گذاشته‌است و بیشترین کاهش نیز در نیم‌کره غربی رخ داده‌است.

این گروه ماهواره‌ای که در نوامبر ۲۰۱۳ به فضا پرتاب شده‌اند، چشم‌اندازی بسیار دقیق را از میدان مغناطیسی زمین که ساکنان این سیاره را از گزند بمباران‌های کیهانی و ذرات باردار در امان نگه‌داشته، در اختیار دانشمندان قرار داده‌است.

 

در برخی از مناطق از قبیل اقیانوس هند جنوبی، شدت میدان مغناطیسی از ماه ژانویه به بعد، افزایش یافته‌است، اگرچه گرایش کلی این میدان رو به ضعیف شدن است. محاسبات جدید همچنین حرکات شمال این میدان را به سوی سیبری تایید می‌کنند.

این تغییرات به‌واسطه سیگنال‌های مغناطیسی منتشر شده از هسته زمین ایجاد می‌شوند. دانشمندان قصد دارند در طول ماه‌های آینده به مطالعه و تحلیل دیگر منابع مغناطیسی زمین از جمله گوشته، پوسته، اقیانوس‌ها، یونوسفیر و مگنتوسفیر بپردازند تا بتوانند میزان مشارکت هریک از آنها را در میدان مغناطیسی زمین تعیین کنند.

به این شکل با دستیابی به اطلاعات جدید درباره رویداد‌های مختلفی که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار دارند، ممکن است علت تضعیف این میدان نیز مشخص شود.

به گفته آژانس فضایی اروپا، میدان مغناطیسی زمین به‌ویژه در بخش آتلانتیک جنوبی ضعیف است که این ضعف دشواری‌های زیادی، از جمله نقص فنی ماهواره‌ها را به‌دنبال داشته‌است. برخی از متخصصان براین باورند ضعیف شدن میدان مغناطیسی آغازگر پدیده وارونگی این میدان است،‌ پدیده‌ای که طی آن قطب شمال و جنوب میدان مغناطیسی جا‌به‌جا می‌شوند.

مغناطیس زمین پیرتر شد

میدان مغناطیسی زمین، از حدود چهارمیلیارد سال قبل وجود داشته و شکل گرفته است

بر طبق یافته‌های جدید محققان، میدان مغناطیسی زمین -که مانند سپر، از این سیاره و اتمسفرش در برابر تشعشعات مضر محافظت می‌کند- حداقل چهارمیلیارد سال عمر دارد.

این رقم حداقل ۵۵۰میلیون سال قدیمی‌تر از چیزی است که پیش از این درباره‌ی قدمت میدان مغناطیسی زمین تصور می‌شد.

محققان دانشگاه «روچستر» در نیویورک، این موضوع را با آنالیز کردن کریستال‌هایی دریافتند که در غرب استرالیا پیدا شده بود. این کریستال‌ها، حاوی اطلاعاتی از میدان مغناطیسی زمین بودند که در فرآیند شکل‌گیری آن‌ها به جا مانده بود.

نتایج این تحقیق (که در مجله‌یScience به چاپ رسیده) نشان می‌دهد چرخش اتم‌های آهن موجود در کریستال‌های سنگی این ناحیه، متناسب با چینش میدان مغناطیسی زمین است.

همچنین در این نمونه سنگ‌ها، کریستال‌های «زیرکونیوم» نیز وجود دارد که قدمت‌شان به چهارمیلیارد سال قبل می‌رسد و آن‌ها هم مطابق جهت میدان مغناطیسی زمین چیده شده‌اند.

این موضوع نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی زمین، از حدود چهارمیلیارد سال قبل وجود داشته و شکل گرفته است.

میدان مغناطیسی زمین، حاصل چرخش هسته‌ی مذاب و خارجی زمین است و فهم نحوه‌ی شکل‌گیری آن، از این جهت اهمیت دارد که شکل‌گیری حیات روی زمین، مدیون وجود این ویژگی است.

هیچ‌کدام از دیگر سیارات منظومه‌ی شمسی، میدان مغناطیسی ندارند. میدان مغناطیسی یکی از ویژگی‌هایی است که باعث شکل گیری حیات روی زمین شده است و بدون آن حیات در صورت شکل‌گیری به سرعت از بین می‌رود.

میدان مغناطیسی زمین ترک خورد

 

میدان مغناطیسی وسیع زمین اصلی‌ترین عاملی است که زمین را به سیاره‌ای قابل سکونت تبدیل کرده‌است، زیرا سیاره را از معرض پرتوها و تشعشعات کیهانی در امان نگه داشته‌است.

براساس گزارش ساینس الرت، اما دانشمندان هندی به تازگی به وجود توفان‌های قدرتمند ژئومغناطیسی پی برده‌اند که باعث تغییر لایه محافظ زمین شده‌اند تاحدی که این لایه برای اولین بار ترک برداشته‌است.

محققان با بررسی داده‌های به دست آمده از تلسکوپ میونی GRAPES-3 در هندوستان، که در ۲۲ ژوئن ۲۰۱۵ موفق به رصد پرتوهای کیهانی بسیار عظیم شد، پی به وجود این شکاف بردند. این تلسکوپ برای دوساعت شاهد بمباران لایه مگنتوسفر توسط ذرات کیهانی بود که در نتیجه آن تشعشعات پرقدرتی ساطع شده و با سرعت نور در فضا پخش شدند.

این پرتوها به اندازه‌ای قدرتمند هستند که می‌توانند به راحتی به بدنه یک فضاپیما نفوذ کنند و لایه مغناطیسی محافظ زمین اولین سپر دفاعی زمین در برابر آنها به شمار می‌رود.

درحدود ۴۰ ساعت پیش از رویداد ۲۲ ژوئن ۲۰۱۵،‌ابری غول‌پیکر از پلاسمای خورشیدی از خارجی‌ترین لایه اتمسفر خورشید به بیرون فوران کرد و به تدریج با سرعت ۲.۵ میلیون کیلومتر بر ساعت با مگنتوسفر زمین برخورد کرد که در نتیجه آن چندین توفان ژئومغناطیسی رخ داد و موجب قطع شدن سیگنال‌های رادیویی در کشورهایی با عرض جغرافیایی بالا شد و در عین حال در مناطق قطبی شفق‌های زیبایی خلق کرد.

اما اکنون محققان زوایای مختلف این رویداد را بررسی کرده و جزئیات جدیدی از آن را کشف کردند. محققان موسسه تاتا در هندوستان با انجام شبیه سازی‌هایی با استفاده از داده‌های ماهواره GRAPES-3 از رویداد ۲۲ ژوئن، دریافتند لایه مگنتوسفر به صورت موقتی دچار ترک‌خوردگی شده‌است و همین موضوع باعث شده تا سیستم‌های رادیویی زمین با چنین شدتی دچار اختلال شوند.

به گفته محققان این بمباران به اندازه‌ای شدید بوده‌است که به مگنتوسفر فشار زیادی وارد کرده است و باعث شده تا این لایه ۱۱ تا چهار برابر شعاع زمین منقبض شود. محققان احتمال می‌دهند توفان ژئومغناطیسی به اندازه‌ای قدرتمند بوده است که بتواند ساختار لایه محافظ مغناطیسی زمین را دچار تحول کند و در آن شکاف‌هایی ایجاد کنند تا تشعشعات و پرتوهای کیهانی از آن به درون نفوذ کنند.

وقوع چنین رویدادی می‌تواند نگران‌کننده باشد،‌ زیرا نشان می‌دهد بخش‌هایی خاص از میدان مغناطیسی زمین درحال تغییر یا تضعیف است. اگرچه شکاف‌های ایجاد شده موقتی هستند،‌اما نکته ناخوشایند این است که این لایه دچار تغییری شده که زمینه ایجاد شکاف در آن به وجود آمده‌است.

میدان مغناطیسی زمین کی وارونه می‌شود؟

تحقیقات نشان می‌دهند میدان مغناطیسی زمین تا ۱۰۰ سال دیگر وارونه خواهد شد، رویدادی که دانشمندان تا هزار سال دیگر انتظار وقوع آن را می‌کشیدند.

براساس گزارش میل‌آنلاین، وارونه شدن میدان مغناطیسی زمین به این معنی است که قطب‌نماها به جای شمال، جنوب را نمایش خواهند‌داد.

میدان مغناطیسی زمین در طول تاریخ شکل‌گیری این سیاره بارها وارونه شده‌است. میدان مغناطیسی دو قطبی این سیاره طی هزاران میلیون سال گذشته از شدت و قدرتی ثابت برخوردار بوده‌است.

سپس به دلایلی نامشخص این میدان تضعیف شده و وارونه شده‌است. تحقیق جدید دانشمندانی از ایتالیا، فرانسه، دانشگاه کلمبیا و دانشگاه کالیفرنیا برکلی نشان می‌دهد که آخرین وارونگی میدان مغناطیسی زمین ۷۸۶ هزار سال پیش و با سرعتی بسیار بالا، یعنی کمتر از ۱۰۰ سال،‌ رخ داده‌است.

این یکی از بهترین اسنادی است که تاکنون از آنچه در زمان وارونگی میدان مغناطیسی رخ داده و سرعت وقوع آن به دست آمده‌است.براساس این تحقیق، شدت میدان مغناطیسی زمین ۱۰ برابر حد معمول درحال کاسته شدن است و همین کاهش شدید باعث شده برخی از زمین‌شناسان تخمین بزنند طی چند‌هزار سال آینده میدان مغناطیسی زمین وارونه خواهد شد.

اگرچه وارونگی میدان مغناطیسی رویدادی فراگیر است که در نتیجه تغییر در هسته آهنی زمین ایجاد می‌شود، طی رویداد‌های مشابه گذشته هیچ فاجعه‌ای که مرتبط با این رویداد باشد به وقوع نپیوسته‌است. با این همه وقوع این وارونگی در عصر حاضر می‌تواند فاجعه‌آفرین باشد زیرا می‌تواند شبکه‌ها و مولد‌های برق زمین را از کار انداخته و زندگی پرسرعت امروزی را مختل سازد.

همچنین تضعیف میدان مغناطیسی زمین تا زمانی که وارونگی رخ دهد منجر به از بین رفتن لایه محافظ در برابر پرتوهای کیهانی و ذرات خورشیدی شده و ممکن است آمار ابتلا به سرطان و جهش‌های ژنتیکی افزایش پیدا کند. دانشمندان هنوز از اینکه سرعت وقوع وارونگی بعدی نیز به سرعت وارونگی قبلی خواهد بود، اطمینان حاصل نکرده‌اند،‌اما نتایج جدید می‌تواند در درک بهتر این پدیده طبیعی به آنها کمک کند.

زمین در آستانه جا‌به‌جایی قطب‌های مغناطیسی | چه اتفاقی رخ می‌دهد؟

میدان مغناطیسی زمین به خوبی با وارونه شدن سازگار شده‌است و طی تاریخ خود بارها و بارها قطب‌های شمال و جنوب جای خود را با یکدیگر عوض کرده‌اند.

براساس گزارش ساینس الرت، زمین طی ۲۰ میلیون سال گذشته هر ۲۰۰ هزار تا ۳۰۰ هزار سال یکبار دچار وارونگی میدان مغناطیسی شده‌است و در میان این جا‌به‌جایی‌ها گاه قطب‌ها پس از جا‌به‌جایی دوباره به جای اول خود بازگشته‌اند.

درحدود ۴۰ هزار سال پیش قطب‌های مغناطیسی زمین چنین تلاش ناموفقی را انجام دادند،و آخرین جا‌به‌جایی کامل پیش از آن به ۷۸۰ هزار سال پیش بازمی‌گردد. میدان مغناطیسی زمین هم‌اکنون درحال وارونه شدن است،‌و این یعنی قطب‌ها خود را برای جا‌به‌جا شدن آماده می‌کنند و اگرچه امکان پیش‌بینی زمان دقیق این جا‌به‌جایی وجود ندارد،‌اما احتمال وقوع آن در آینده‌ای نزدیک بسیار بالا است.

اگرچه وارونگی میدان مغناطیسی زمین به هیچ‌وجه پدیده غیرمعمولی نیست، اما این بار می‌تواند عواقب جدی برای بشریت به دنبال داشته‌باشد. از این رو دانشمندان برای تعیین قریب‌الوقوع بودن وارونگی قطب‌های زمین آغاز به بررسی تصاویر ماهواره‌ای و محاسبات پیچیده کرده‌اند.

نتایج تاکنون نشان داده‌است که آهن و نیکل مذاب درون زمین درحال تخلیه انرژی از دو قطب در لبه هسته زمین هستند،‌جایی که میدان مغناطیسی از آن سرچشمه می‌گیرد. محققان همچنین دریافته‌اند قطب شمال مغناطیسی زمین به شدت غیرقابل پیش‌بینی و آشفته است و در صورتی بلوک‌های مغناطیسی به اندازه کافی قدرتمند شوند، می‌توانند دو قطب را تا حدی که جا‌به‌جا شوند تضعیف کنند.

  • درصورتی که دو قطب زمین جا‌به‌جا شوند چه رخ خواهد داد؟

میدان مغناطیسی زمین از سیاره در برابر تشعشعات خورشیدی و کیهانی محافظت می‌کند، زمانی که قطب‌ها جا‌به‌جا می‌شوند، قدرت این سپر محافظتی به یک دهم وضعیت عادی خود می‌رسد. این تضعیف لایه محافظتی در شرایطی رخ می‌دهد که فرایند جا‌به‌جایی ممکن است قرن‌ها طول بکشد و در تمامی این مدت تشعشعات مضر کیهانی و خورشیدی بیشتر از همیشه بر زمین اثر می‌گذارند.

با رسیدن تدریجی این تشعشعات به سطح زمین باعث غیرقابل سکونت شدن بخش‌هایی از سیاره خواهد شد و حتی شاید گونه‌های زیستی را منقرض سازد. اما پیش از آن تشعشعات می‌توانند بر ماهواره‌های مدار زمین اثرگذاشته و به آنها آسیب وارد کند که این نیز  بر شبکه‌های برق و زمان‌سنجی زمین اثربگذارد.

قطعی برق ناشی از این رویداد می‌تواند برای چندین دهه ادامه داشته باشد و بدون وجود شبکه برق، نه موبایلی در کار خواهد بود، نه تجهیزات الکترونیکی کاربردی دیگر. و اولین مکان‌هایی که تحت تاثیر این روند قرار خواهند گرفت بیمارستان‌ها خواهند بود. مختل شدن ماهواره‌ها از سویی دیگر می‌تواند سیستم موقعیت‌یاب جهانی را نیز از کار بیاندازد و ناتوانی در مسیریابی بر همه‌چیز، از عملیات نظامی گرفته تا رانندگی در خیابان شهرها اثرخواهد داشت، آنهم در زمانی که وابستگی انسان به فناوری به اوج خود رسیده و فناوری‌های هوشمندی مانند خودروهای خودران به بخشی کلیدی از زندگی بشر تبدیل شده‌است.

حتی درحال حاضر نیز بخش زیادی از فعالیت‌های بشر،‌از ارتباطات فردی گرفته تا عملکرد دولت‌ها و زیرساخت‌ها وابسته به رد و بدل شدن داده‌ها است که این روند در صورت تخریب ماهواره‌ها دچار نقص خواهند شد. با این همه تمامی این عوارض درصورتی که بشر بتواند زمان جا‌به‌جایی قطب‌ها را پیش‌بینی کند، قابل کنترل خواهند بود و دولت‌ها، سازمان‌ها و دانشگاه‌ها می‌توانند برای جلوگیری از وقوع چنین رویداد‌هایی راه‌حل‌هایی عملی بیابند.

ثبت اولین توفان‌های مغناطیسی در نزدیکی زمین

 

فیزیکدانان موسسه فناوری ساوث‌وست برای نخستین بار موفق به مشاهده یک فرآیند اسرارآمیز موسوم به اتصال مجدد مغناطیسی شده‌اند که در آن خطوط میدان مغناطیسی مخالف به هم پیوسته و انفجار عظیمی از انرژی را آزاد می‌کند.

براساس گزارش ایسنا به نقل از اسپیس، این کشف که به تازگی در مجله ساینس منتشر شده، ممکن است به رمزگشایی از اسرار آب‌وهوای فضا و یادگیری در مورد برخی از عجیب ترین و مغناطیسی‌ترین اجسام جهان کمک کند.

مگنتوسفر یک میدان مغناطیسی نامرئی در اطراف زمین است و سپری مهم برای حیات سیاره محسوب می‌شود. این لایه از زمین در برابر همه انواع ذرات پرانرژی منتشر شده توسط خورشید محافظت می‌کند.

زمانی که یک انفجار بزرگ از انرژی خورشید با لبه مگنتوسفر برخورد می‌کند، می‌تواند بر آب‌وهوای فضا تاثیر بگذارد. این تغییرات شامل توفان‌های ژئومغناطیسی است که باعث وقوع شفق قطبی در آسمان مناطق قطبی شمالی و جنوبی زمین شده و گاهی اوقات ماهواره‌ها و شبکه‌های برق را مختل می‌کند.

درک بهتر از آب‌وهوای فضا می‌تواند به انسان برای آماده‌سازی بهتر در برابر توفان ژئومغناطیسی قدرتمند بعدی که ممکن است به قطع برق جهانی منجر شود، کمک کند. اتصال مجدد مغناطیسی از مهمترین بخشهای این معما است که شکل‌گیری فوران‌های خورشیدی و چگونگی تعامل آن‌ها با زمین را در بر می‌گیرد.

اکنون برای نخستین بار محققان با استفاده از داده‌های ماموریت چندمقیاسی مگنتوسفری ناسا توانسته‌اند این پدیده را در مقیاس زیراتمی مشاهده کنند.

این آزمایشگاه فیزیک وضوح بالا از چهار فضاپیمای مشابه تشکیل شده که به شکل هرمی در اطراف مگنتوسفر زمین پرواز و اطلاعات دقیق در مورد ذرات باردار ریز را هر ۳۰ میلی‌ثانیه جمع‌آوری می‌کنند.

تقریبا پس از پرتاب ماموریت در مارس ۲۰۱۵، محققان اتصال مغناطیسی را با وضوح بسیار دقیق مشاهده کردند. ویژگی‌های اتصال مجدد مشاهده شده در این داده‌ها شامل کاهش میدان مغناطیسی تا نزدیکی سفر و افزایش نیروی تولید شده توسط الکترون‌های سریع بودند.

محققان امیدوارند این مشاهدات بتواند به درک بهتر اجسام نجومی عجیب مانند مگنواخترها و همچنین محیط‌های با مغناطیس قوی که در اثر رآکتورهای همجوشی ایجاد می‌شوند، کمک کند.

 

اگه سوالی در مورد مشاوره و برنامه ریزی درسی دارید اینجا کلیک کنید

و

اگه سوالی در مورد فیزیک کنکور و جزوه و کتاب دارین اینجا کلیک کنید

بازدید: ۱۸۵۳