Magnetyzm ziemski - Ziemia jako wielki magnes

Ziemia jest gigantycznym magnesem, z biegunem północnym i biegunem południowym. Jako magnes stały jest otoczony polem magnetycznym. Ponieważ biegun północny magnesu odnosi się do północy, a ponieważ przeciwne magnesy przyciągają się wzajemnie, geograficzny biegun północny jest magnetycznym biegunem południowym. Bieguny geograficzne i magnetyczne nie znajdują się w tym samym miejscu.
Magnetyczny biegun południowy znajduje się na północy Kanady, około 1000 km od geograficznego bieguna północnego. Igła kompasu nie wskazuje więc bezpośrednio na północ. To odchylenie igły kompasu jest różne w każdym miejscu na ziemi. W Polsce kąt odchylenia wynosi obecnie 2,5°. To odchylenie jest spowodowane ciągłym i powolnym przesuwaniem biegunów magnetycznych. Pomiary wykazały, że magnetyczny biegun południowy przesunął się o ponad 190 km na północny zachód w ciągu pięciu lat od 1995 do 2000 roku. Analizy skały wulkanicznej ujawniły, że ziemskie pole magnetyczne kilkakrotnie odwróciło polaryzację. Siła pola magnetycznego ziemi zmienia się na całej powierzchni. Jest odwrócony lub osłonięty przez magnetyczne metale przewodzące zawarte w skorupie ziemskiej, takie jak nikiel, żelazo i kobalt. Na biegunach pole magnetyczne jest najsilniejsze.
Pole magnetyczne ziemi jest słabe w porównaniu z polem magnetycznym magnesu trwałego. Mały magnes stały wykonany z metali ziem rzadkich, taki jak magnes samarowo kolbaltowy (SmCo) i magnes neodymowy (NdFeB), dostarczony przez Dhit sp. z o.o., ma pole, które jest kilka tysięcy razy silniejsze od pola ziemskiego. Pole magnetyczne Ziemi jest generowane w procesie znanym jako geodynamika. Aby planeta mogła generować własne pole magnetyczne, musi posiadać odpowiednie właściwości, takie jak wystarczająco szybka rotacja, płynne wnętrze z możliwością przewodzenia prądu elektrycznego oraz wewnętrzne źródło energii, które napędza prądy konwekcyjne w cieczy rdzenia. Proces generowania pola magnetycznego zachodzi w zewnętrznej części jądra Ziemi, gdzie energia z stopionego żelaza jest przetwarzana w energię elektryczną i magnetyczną. Pole magnetyczne indukuje prądy elektryczne, które z kolei generują własne pole magnetyczne, tworząc sprzężenie zwrotne.

Jak pole magnetyczne Ziemi chroni naszą planetę?

Magnetosfera, nasza ochronna bańka magnetyczna, pełni kluczową rolę w ochronie Ziemi przed szkodliwymi wpływami kosmicznymi, takimi jak wiatr słoneczny i promieniowanie. Bez magnetosfery, Ziemia byłaby narażona na zniszczenie atmosfery i utratę życiodajnego powietrza, co byłoby katastrofalne dla życia na naszej planecie.
Magnetosfera odpycha również szkodliwe promieniowanie i zatrzymuje je w strefach zwanych pasami promieniowania Van Allena, co zapewnia dodatkową ochronę przed szkodliwymi wpływami kosmicznymi.

Jednak magnetosfera nie jest niezwyciężona i może zostać zakłócona podczas silnych zjawisk pogody kosmicznej, prowadząc do przerw w działaniu fal radiowych i elektrycznych oraz zagrażając satelitom i astronautom na orbicie. Przykładem takiej sytuacji jest Carrington Event z 1859 roku, który spowodował awarię systemu telegraficznego, oraz rozbłysk słoneczny z 1989 roku, który spowodował przerwę w dostawie prądu w Kanadzie.
Jednym z bardziej pozytywnych efektów ubocznych zakłóceń magnetosfery jest zorza polarna, która pojawia się nad obszarami polarnymi Ziemi.
Bieguny magnetyczne Ziemi odwracają się co jakiś czas, a północ staje się południem, a południe północą. To zjawisko zdarza się mniej więcej co 200 000 do 300 000 lat, chociaż ostatnie przewrócenie biegunów Ziemi miało miejsce około 790 000 lat temu.

Ziemia nie jest jedyną planetą w Układzie Słonecznym, która ma pole magnetyczne. Jowisz, Saturn, Uran i Neptun wykazują pola magnetyczne znacznie silniejsze niż ziemskie, chociaż mechanizmy kontrolujące te pola magnetyczne nie są w pełni poznane. Mars nie ma wystarczającej ilości ciepła wewnętrznego ani płynnego wnętrza potrzebnego do wytworzenia pola magnetycznego, podczas gdy Wenus ma płynne jądro, ale nie wiruje wystarczająco szybko, aby wytworzyć pole magnetyczne.

Linie strumienia magnetycznego pola geo-magnetycznego promieniują z powierzchni globusa pod różnymi kątami w stosunku do osi biegunowej. Linie strumienia otaczające magnesy stałe mają również zakrzywiony przebieg na ich przepływie z bieguna południowego na biegun północny. Ponieważ nachylenie małego magnesu walcowego podąża za liniami strumienia w taki sam sposób jak igła kompasu, widzimy wzór pola magnetycznego z czujnikiem pola magnetycznego tz. kompasem. Dotyczy to zarówno rozszerzenia pola, jak i jego kierunku.
Magnetyzm jest tajemniczą siłą. Nie możemy tego zobaczyć ani poczuć. Nasze zmysły nie dostrzegają magnetyzmu, a magnetyzm jest znany ludzkości od tysiącleci.

Kompas żeglugowy ze stalową igłą jest używany od 1250 roku pne. Magnetyzm nieustannie inspiruje techników i naukowców do tworzenia nowych aplikacji. Najnowsza generacja magnesów wysoko-energetycznych wykonanych z metali ziem rzadkich umożliwiła znacznie więcej zastosowań technicznych, np. kolej magnetyczna - lewitacja magnetyczna używana w Japonii. Prace trwają ...