میدان مغناطیسی زمین
میدان مغناطیسی زمین چیست؟
میدان مغناطیسی زمین که به آن میدان ژئومغناطیس هم گفته می‌شود، یک میدان مغناطیسی است که از عمق کره زمین تا فضا گسترش می‌یابد.
میدان مغناطیسی زمین را به صورت تقریبی می‌توان مانند یک آهنربای میله‌ای بزرگ تصور کرد که با زاویه 11 درجه نسبت به محور دوران زمین و در مرکز کره زمین، قرار گرفته است. قطب شمال مغناطیسی زمین در حقیقت قطب جنوب این آهنربای فرضی عظیم است و قطب جنوب مغناطیسی زمین، قطب شمال این آهنربا.
میدان مغناطیسی زمین چگونه ایجاد می‌شود؟
میدان مغناطیسی زمین از حرکت مخلوط آهن و نیکل مذاب ناشی می‌شود که در اطراف هسته داغ زمین، دائم در حال حرکت هستند. این حرکت مواد مذاب هم به دلیل انتقال حرارت از هسته زمین اتفاق می‌افتد و باعث به وجود آمدن جریان‌های الکتریکی می‌شود و جریان‌های الکتریکی نیز میدان مغناطیسی کره زمین را به وجود می‌آورند.
هسته درونی کره زمین از آهن جامد تشکیل شده است که دمای بخش‌هایی از آن به 6000 درجه سلسیوس هم می‌رسد. در حقیقت فشار بسیار زیاد سایر بخش‌های زمین مانع ذوب شدن هسته درونی می‌شود. در اطراف هسته درونی که فشار کمتر است، هسته بیرونی قرار دارد که مذاب است و حرکت مواد مذاب این بخش باعث به وجود آمدن میدان مغناطیسی زمین می‌شود. پس میدان مغناطیسی زمین مربوط به لایه هسته بیرونی کره زمین است.
اندازه میدان مغناطیسی زمین چند تسلا است؟
شدت میدان مغناطیسی زمین در سطح زمین بین 25 تا 65 میکروتسلا (0.25 تا 0.65 گاوس) است. اندازه 65 میکروتسلا در حقیقت مقدار بسیار کوچکی است برای مقایسه میدان مغناطیسی یک آهنربای نئودیمیوم (گرید N35) به قطر 10 میلیمتر و ضخامت 5 میلیمتر در شکل زیر نشان داده شده است، همانطور که دیده می‌شود در برخی نقاط اندازه میدان این آهنربای بسیار کوچک به 7476 گاوس می‌رسد.
اهمیت میدان مغناطیسی زمین
میدان مغناطیسی زمین بر روی ذرات بارداری که از بادهای خورشیدی می‌آیند اثر کرده و مانع رسیدن بخش عمده‌ای از این ذرات، به سطح زمین می‌شود. در صورتی که این میدان از بین برود مقدار زیادی ذرات باردار از طرف خورشید وارد زمین شده و می‌توانند تهدیدی بزرگ برای حیات بر روی زمین، باشند. همچنین بدون میدان مغناطیسی محافظ زمین، بادهای خورشیدی بسیاری از تجهیزات الکترونیک و ماهواره‌ها را نابود خواهند کرد.
از بین رفتن میدان مغناطیسی مریخ باعث شده است تا این سیاره تقریبا تمام اتمسفر خود را از دست بدهد.
همچنین میدان مغناطیسی زمین از قرن 12 میلادی به کمک قطب نما برای جهت یابی به کار می‌رود، درست است که قطب‌ها مغناطیسی زمین ثابت نیستند و جابجا می‌شوند، ولی این جابجایی در حدی کند است که می‌توان از قطب نما برای جهت یابی استفاده کرد.
قطب‌های مغناطیسی زمین
چون یکی از اولین کاربردهای آهنرباها قطب نما بوده است، قطب‌های آهنربا توسط میدان مغناطیسی زمین تعریف می‌شود. قطب شمال آهنربا قطبی است که به سمت قطب شمال مغناطیسی زمین می‌چرخد (برای آشنایی با روش‌های تعیین قطب‌های آهنربا این مقاله را مطالعه کنید). چون قطب‌های ناهمنام مغناطیسیروبروی هم قرار می‌گیرند، قطب شمال مغناطیسی زمین در حقیقت قطب جنوب میدان مغناطیسی زمین است و قطب جنوب مغناطیسی زمین در حقیقت قطب شمال میدان مغناطیسی آن.
با اندازه‌گیری زاویه میدان مغناطیسی زمین، می‌توان محل قطب‌های مغناطیسی زمین را بدست آورد. محلی که زاویه میدان 90 درجه و به سمت داخل زمین است محل قطب شمال مغناطیسی زمین و محلی که زاویه میدان 90 درجه و به سمت بیرون زمین است، محل قطب جنوب مغناطیسی زمین است.
قطب‌های شمال و جنوب مغناطیسی زمین به صورت مستقل جابجا شده و دقیقا در روبروی هم بر روی کره زمین قرار ندارند. قطب شمال مغناطیسی زمین هر سال تا حدود 40 کیلومتر جابجا می‌شود.
میدان مغناطیسی زمین به انگلیسی
معادل انگلیسی میدان مغناطیسی زمین: Earth’s magnetic field
میدان مغناطیسی زمین به کدام سمت است؟
جهت خطوط میدان مغناطیسی کره زمین از قطب جنوب جغرافیایی زمین به سمت قطب شمال جغرافیایی زمین است. در حقیقت قطب شمال جغرافیایی زمین قطب جنوب مغناطیسی زمین است و قطب جنوب جغرافیایی زمین، قطب شمال مغناطیسی آن.
تولید برق با میدان مغناطیسی زمین
میدان مغناطیسی زمین برای اینکه بتوان با آن میزان قابل توجهی برق تولید کرد بسیار بسیار کوچک است. در شکل زیر میدان مغناطیسی در اطراف یک آهنربای نئودیمیوم (گرید N52) به قطر 20 میلیمتر و ارتفاع 10 میلیمتر نشان داده شده است که در بیشترین مقدار به حدود 7611 تسلا می‌رسد. میدان مغناطیسی زمین هم برابر با 25 تا 65 میکرو تسلا است، پس میدان این آهنربای نئودیمیوم، میلیون‌ها برابر میدان مغناطیسی زمین است و برای تولید برق بسیار بهتر عمل می‌کند.
منابع
Pappas, S. (2019, September 29). What If Earth’s Magnetic Field Disappeared? Retrieved September 18, 2020, from https://www.livescience.com/earth-magnetic-field.html.
Further Understanding of Geomagnetism. (n.d.). Retrieved September 18, 2020, from https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/geomaginfo.shtml.
Earth’s magnetic field. (2020, September 16). Retrieved September 18, 2020, from https://en.wikipedia.org/wiki/Earth’s_magnetic_field.