Câmpul magnetic al Pământului este o zonă invizibilă de forțe care înconjoară planeta, pornește din adâncul nucleului și se întinde în spațiu pe zeci de mii de kilometri. El face ca acul unei busole să indice nordul, dar rolul lui real este mult mai important: deviază particulele încărcate trimise de Soare și ajută atmosfera să rămână la locul ei. Fără el, suprafața planetei ar fi expusă mult mai direct radiațiilor cosmice.
Majoritatea oamenilor îl cunosc doar prin busolă, iar pe aceasta o folosim din vechime pentru orientare. Mecanismul din spatele lui este însă de o complexitate surprinzătoare și implică roci topite, mișcare de rotație și curenți electrici aflați la mii de kilometri sub picioarele tale.
De unde vine câmpul magnetic al Pământului?
Câmpul este produs în nucleul extern, un strat de fier și nichel aflat în stare lichidă la aproximativ 2.900 de kilometri adâncime. Metalul lichid este un bun conductor de electricitate și se mișcă prin curenți de convecție, pentru că partea de jos este mai fierbinte, iar căldura iese lent spre manta. Rotația Pământului răsucește acești curenți în spirale.
Mișcarea unui metal conductor într-un câmp magnetic existent generează curenți electrici, iar aceștia, la rândul lor, întăresc câmpul. Procesul se autoîntreține și se numește geodinam (sau dinam terestru). Nu este un magnet permanent din fier, cum ai putea crede: în interior temperaturile depășesc cu mult punctul în care un metal își pierde magnetismul de tip permanent. Structura internă a planetei și rolul fiecărui strat sunt prezentate în Pământul explicat: structura, rocile și forțele interne, iar bazele magnetismului, în Magnetismul: cum funcționează magneții și busola.
Sfat: poți vedea forma câmpului cu un magnet de frigider și praf fin de fier presărat pe o foaie de hârtie: pilitura se aliniază pe linii curbe care pornesc dintr-un pol și intră în celălalt. Câmpul Pământului are, în linii mari, aceeași formă dipolară.
Ce este magnetosfera și cum ne protejează?
Magnetosfera este regiunea din spațiu în care câmpul terestru domină comportamentul particulelor încărcate. Soarele emite continuu un flux de particule numit vânt solar, format în principal din protoni și electroni. Când acest flux întâlnește câmpul magnetic, majoritatea particulelor sunt deviate și ocolesc planeta.
Magnetosfera nu are forma unei sfere perfecte. Partea orientată spre Soare este comprimată, iar cea opusă este trasă într-o coadă lungă, ca o lacrimă. Între ele se află granița numită magnetopauză. În interior, câmpul prinde particule în două zone în formă de gogoașă, numite centurile Van Allen, unde sondele spațiale trebuie să țină cont de radiațiile mai intense.
Atmosfera și câmpul magnetic lucrează împreună. Câmpul oprește particulele cele mai energice, iar straturile de aer absorb sau opresc ce rămâne; despre straturile atmosferei găsești detalii în Atmosfera Pământului: straturile ei și rolul fiecăruia. Se crede că planete fără un câmp global, cum este Marte astăzi, și-au pierdut în timp o parte din atmosferă sub acțiunea vântului solar, deși cauzele sunt discutate încă de cercetători.
Cum se formează aurorele polare?
Aurorele apar când particule încărcate din vântul solar ajung de-a lungul liniilor de câmp spre regiunile polare și lovesc atomii din atmosfera înaltă. Atomii primesc energie, intră într-o stare excitată și o eliberează sub formă de lumină. Culoarea depinde de gazul lovit și de altitudine:
| Culoare | Gazul care o produce | Altitudine aproximativă |
|---|---|---|
| Verde | oxigen atomic | 100 – 200 km |
| Roșu | oxigen atomic | peste 200 km |
| Albastru-violet | azot molecular | sub 100 km |
Aurorele se văd în mod obișnuit în jurul polilor, în zone numite ovale aurorale. Când Soarele emite o ejecție puternică de plasmă, ovalul se extinde spre latitudini mai mici, iar fenomenul poate fi zărit uneori și în nordul Europei mai din sud. În România apariția lor este rară și legată de furtuni geomagnetice puternice, iar în general sunt vizibile ca o lumină roșiatică la orizontul nordic, nu ca perdelele verzi din Scandinavia. Detalii despre felul în care interacționează lumina cu materia sunt în Lumina și culorile: de ce vedem curcubeul și cerul albastru.
De ce se mută polii magnetici?
Polii magnetici se mută pentru că mișcarea fierului topit din nucleu nu este constantă. Polul magnetic nord nu coincide cu Polul Nord geografic, adică cel prin care trece axa de rotație, și se deplasează de-a lungul anilor cu zeci de kilometri pe an, în direcții care se schimbă. Din acest motiv hărțile de navigație și aplicațiile care folosesc busola trebuie să includă declinația magnetică, unghiul dintre nordul geografic și cel indicat de ac, care diferă de la un loc la altul și se schimbă în timp.
Pe lângă deplasările lente, câmpul poate avea fluctuații mai mici de intensitate. Nu este o dovadă că „se întâmplă ceva rău”: cercetătorii îl urmăresc cu sateliți și cu observatoare terestre tocmai pentru că variația este normală.
Poate câmpul magnetic să se inverseze?
Da, și s-a mai întâmplat de multe ori. Un eveniment de inversare geomagnetică înseamnă că polii magnetici își schimbă locurile: ceea ce era nord magnetic devine sud și invers. Inversările nu urmează un calendar regulat; intervalele dintre ele variază de la zeci de mii de ani până la zeci de milioane de ani. Procesul nu este instantaneu și durează, după estimări, mii de ani.
Dovada vine din roci. Când lava bazaltică se răcește, mineralele bogate în fier se aliniază cu câmpul de la acel moment și rămân „înghețate” în acea poziție. Studiind benzi paralele de bazalt de o parte și de alta a dorsalelor oceanice, geologii au descoperit inversări înregistrate pe fundul mării, un argument important în favoarea mișcării plăcilor, descrisă în Tectonica plăcilor: cum se mișcă și se ciocnesc continentele.
Cum se măsoară câmpul magnetic?
Intensitatea câmpului se măsoară cu magnetometre, aparate care înregistrează puterea și direcția câmpului într-un punct. Se folosesc atât stații fixe la sol, cât și sateliți care orbitează planeta și fac hărți globale. Unitatea de măsură este tesla; câmpul terestru la suprafață are valori de ordinul zecilor de microtesla, de mii de ori mai mic decât al unui magnet de frigider.
Unele animale par să simtă câmpul. Păsările migratoare, țestoasele marine și alte specii folosesc, probabil printre alte repere, informații magnetice pentru orientare; mecanismul exact încă este cercetat, iar unele aspecte rămân deschise. O privire de ansamblu asupra felului în care se orientează păsările o oferă Migrația păsărilor: cum se orientează pe mii de kilometri.
Întrebări frecvente
De ce arată busola spre nord?
Acul unei busole este un mic magnet care se aliniază cu liniile câmpului terestru. Vârful lui indică spre polul magnetic din nord, aflat aproape de cel geografic, dar nu exact în același loc.
Este câmpul magnetic același peste tot?
Nu. Intensitatea și direcția lui diferă de la un loc la altul și se schimbă în timp. Este mai puternic lângă poli și mai slab în zona ecuatorului.
Ce se întâmplă dacă polii magnetici își schimbă locul?
Busolele ar indica invers, iar navigația bazată pe câmp ar trebui recalibrată. Rocile arată că inversările s-au produs de multe ori, iar viața pe Pământ a continuat, dar efectele detaliate asupra tehnologiei moderne sunt încă studiate.
Ce sunt furtunile geomagnetice?
Sunt perturbări ale magnetosferei provocate de explozii solare puternice. Pot produce aurore la latitudini mici și pot afecta sateliți, rețele electrice și comunicații radio.
Au și alte planete câmp magnetic?
Da. Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun au câmpuri puternice, iar Mercur are unul slab. Venus și Marte nu au un câmp global asemănător cu cel al Pământului, după cum arată Sistemul Solar: planetele, lunile și distanțele explicate.
