دلیل خاصیت مغناطیسی زمین

شفق قطبی

در یکی از شبهای بسیار سرد و منجمد ، طبیعت رنگ طلای تیره ای را در بالای سر مناطق قطبی با رگه هایی از رنگ سبز و زرد بر چهره آسمان نقاشی می کند که این پدیده را شفق قطبی می نامند . شفق قُطبی یکی از پدیده‌های زیبای کرهٔ زمین است که یک نمایشگاه ارزشمند از هنرمندی جهان را نشان می دهد و بسیار بااهمیت و زیبا است . این نمایش زیبا در واقع یک نتیجه از پرتوهای کیهانی بسیار مضر است که توسط خورشید در تعامل با میدان مغناطیسی زمین خنثی شده است. اگر این امکان وجود نداشته باشد، لایه اوزون بی پروا از بین می رفت و ما بی رحمانه سرخ شده بودیم. این چیزی است که برای مریخ اتفاق افتاد، زمانی که میدان مغناطیسی آن به تدریج کاهش یافت و تا اینکه مُرد.  میدان مغناطیسی زمین بر جریانهای الکتریکی خارجی در جو زمین اثر گذاشته و به این ترتیب در برابر توفانهای خورشیدی و تشعشعات زیان آورذرات الکتریکی و پرتوهای کیهانی نقش حفاظ را بازی می کند. این توفانها نیز بر روی سیستم های الکتریکی زمین اثر می گذارند٬اگر توفان حاصل از این ذرات پرانرژی به میدان مغناطیسی زمین برسند٬شدت جریانهای الکتریکی آنچنان زیاد خواهد بود که قادرند تمام فیوزهای سیستم های الکتریکی را از کار بیندازند.میدان مغناطیسی زمین نقش حفاظتی خود را با به دام انداختن این ذرات و پرتوهای کیهانی ایفا می کند.

چه چیزی باعث این میدان مغناطیسی می شود؟

اساس: قانون های Ampere  و Faraday
میدان مغناطیسی که در زمین است ، همانند دیوارهای ضخیم نیستند که از قلعه حفاظت می کند، بلکه به یک پرده نازک یا پتو هماند است که گنبد آبی آسمان  را پوشش می دهد. بسیار دشوار است که باور کنیم که آن تقریبا ۴۰،۰۰۰ بار ضعیف تر از یک آهنربای یخچال است!همه خطوط میدان مغناطیسی در نیمکره شمالی در نقطه‌ای که به آن  قطب جنوب مغناطیسی زمین  گفته می‌شود، به هم می‌رسند. این خطوط در نیمکره جنوبی در نقطه‌ای که به قطب شمال مغناطیسی معروف است، به هم می‌رسند. از آنجا که محور مغناطیسی زمین (خطی که از دو قطب مغناطیسی زمین می‌گذرد) کاملا بر محور دوران زمین (خطی که از قطب شمال و جنوب جغرافیایی زمین می‌گذرد) منطبق نیست، بنابراین یک عقربه مغناطیسی که در جهت مماس بر محور مغناطیسی زمین قرار می‌گیرد، نمی‌تواند جهت شمال و جنوب جغرافیایی زمین را دقیقا تعیین نماید.

رفتار شگرف این میدان

میدان مغناطیسی زمین به گونه ای رفتار می کند که یک ستون عمودی بین قطب ها قرار گرفته و یک آهنربا استاندارد در درون آن شکاف کاشته شده است. اگرچه که آهن ربا کاملا با قطب هم سو نمی شود ولی به شیوه ای ماهرانه متمایل است و خطوط مغناطیسی از قطب جنوب به شمال روانه اند . آن چه فیزیکدان بزرگ ، Ampere کشف کرد این بود که چنین انحرافی نیز می تواند در اطراف یک سیم انتقال جریان هم مشاهده شود. با قرار دادن قطب نما در مکان های مختلف در نزدیکی سیم، او جهت میدان مغناطیسی را تشخیص داد. و دریافت که خطوط در پیرامون سیم در مکان های متمرکز شده ، اجرا می شود.

مردم باور داشتند که رابطه ی یک طرفه  فارادی نشان داده است که برق و مغناطیس دو سوی یک سکه هستند. فارادی مشاهده کرد که وقتی یک آهنربا در اطراف سیم حرکت می کند، در آن جریان به وجود می آید . جنبش کلمه استرس است. حضور یک آهنربا ثابت نیست، بلکه یک آهنربا در حال حرکت است که میدان مغناطیسی در حال تغییر است که میدان الکتریکی را ایجاد می کند. با توجه به نظریه آمپر ، یک میدان الکتریکی یک میدان مغناطیسی را تولید می کند ، و با توجه به آنچه ما یاد گرفته ایم، یک میدان الکتریکی تولید می شود که پس از آن یک میدان مغناطیسی تولید می کند و به همین ترتیب . . .

آوردگاه این جریان ها

 میدانیم که در ساختمان کره زمین ۴ لایه وجود دارد:  پوسته ٬ گوشته ٬  هسته بیرونی و  همچنین هسته درونی .

پژوهشگران آوردگاه یا آغازگر این میدان مغناطیسی را هسته ی خارجی می دانند. هسته ی درونی زمین گلوله ای  یکپارچه و سرسخت از آهن است که هسته داخلی در ۶۰۰۰ درجه سانتیگراد سوزانده می شود که تقریبا برابر با دمای روی سطح خورشید است، با این وجود، هسته به طور غیر منتظره ای جامد است و به دلیل فشار شدید گرانشی زمین، مایع نیست. . ولی هسته خارجی دارای درجه حرارت ۲۲۰۰ درجه سانتیگراد است و مایعی از آلیاژ نیکل و آهن استکه با حرکت وضعی زمین بدور هسته درونی می چرخد. که آهن مذاب می تواند این جریان را ایجاد کند .

در دمای بسیار زیاد هسته درونی واکنشهای شیمیایی را در بر می گیرد  که آن را تبدیل به یک مولد جریان الکتریکی می کند و مانند یک باتری می شود و چون مواد مذاب هسته خارجی در حال چرخش است ٬ میتوان آن را شبیه یک سیملوله (القاگر) انگاره نمود. به این ترتیب در درون زمین مداری متشکل از یک باتری و یک القاگر داریم .طبق قانون لنز در اطراف سیملوله ی فرضی درون زمین میدان مغناطیسی شبیه میدان در سیملوله ایجاد می شود٬و چون هسته خارجی مانند القاگر است ٬ می تواند در آن پدیده خودالقایی نیز رخ دهد. یعنی هرگاه جریان الکتریکی در هسته درونی در اثر واکنشهای شیمیایی در حال کاهش بود جهت خطوط میدان را به گونه ای تغییر می دهد که نیروی محرکه ای هم جهت با نیروی مولد و سبب تقویت شدت میدان مغناطیسی در زمین می گردد و بر عکس.

پدیده ای به نام شفق قطبی

هنگامی که ذرات پر انرژی حاصل از توفانهای خورشیدی در دام میدان مغناطیسی زمین گرفتار می شوند ٬ در مسیر حرکت خود در جو زمین با مولکولهای هوا برخورد می کنند و چون حامل انرژی زیاد هستند آنها را یونیزه می کنند٬ این امر سبب تولید ذرات جدید و پرتوهای گاما می شود. نقاط درخشانی را که در قطب مشاهده می کنیم٬ به آن کمربند تشعشعی یا کمربند وان آلن گفته می شود. به این پدیده شفق قطبی می گویند.  آن‌ها در یونوسفر تشکیل می‌شوند و در سپیده‌دم قطبی قابل مشاهده هستند. در عرض جغرافیایی قطب شمال به آن‌ها شفق‌های شمالی نیز گفته می‌شود که این نام بر گرفته از نام ایزدگونه رومی سپیده‌دم و نام یونانی باد شمالی است که در سال ۱۶۲۱ توسط پیر گاسندی روی این پدیده طبیعی گذاشته شد. به شفق‌های قطبی، نور قطب شمال هم گفته می‌شود زیرا آن‌ها غالباً در نیم کرهٔ شمالی رویت می‌شوند و هر چقدر به قطب شمال نزدیک می‌شوید با توجه به مجاورت با قطب مغناطیسی شمالی زمین احتمال بیشتری می‌رود که بتوانید آن‌ها را ببینید به‌طور مثال در شهرهای شمالی کانادا که بسیار نزدیک به قطب هستند امکان رویت آن‌ها بسیار زیاد است.

اشتراک گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *