Niespodziewana zapaść tarczy

Naukowcy wiedzą dziś, że wiatr słoneczny naciska na ziemską magnetosferę niemal tuż nad równikiem, gdzie pole magnetyczne naszej planety jest skierowane na północ. Początkowo uważali, że jeśli nadchodząca wiązka słonecznego magnetyzmu jest również skierowana na północ, to oba pola powinny wzmacniać się nawzajem zwiększając magnetyczną osłonę Ziemi i zatrzaskując drzwi przed wiatrem słonecznym. W języku fizyki przestrzeni kosmicznej ukierunkowane na północ pole magnetyczne jest określane mianem „północnego IMF [interplanetary magnetic field – międzyplanetarne pole magnetyczne]” i jest synonimem tarczy ochronnej.

Ku ich zaskoczeniu okazało się, że kiedy pojawia się północne IMF, tarcza ochronna opada. Ten fakt całkowicie wywraca do góry nogami rozumienie tego zjawiska przez wielu naukowców. Kiedy naukowcy badali wyrwę w polu magnetycznym, odkryli, że do ochronnej tarczy Ziemi, gdy pola magnetyczne są jednokierunkowe, przenika dwadzieścia razy więcej wiatru słonecznego. Według Raedera wydarzenia związane z północnym IMF w rzeczywistości nie inicjują geomagnetycznych burz, ale przygotowują dla nich scenę ładując magnetosferę plazmą. Naładowana magnetosfera może wywoływać zorze, zaniki mocy i inne zakłócenia, do których może dojść w czasie uderzeń CME (Coronal Mass Ejection – Koronalny Wyrzut Masy)². To oznacza, że uderzenia słonecznych rozbłysków są dwadzieścia razy silniejsze, gdy linie sił pól magnetycznych są zgodne. Pola magnetyczne Ziemi i Słońca będą zsynchronizowane w szczycie cyklu słonecznego, którego spodziewamy się w roku 2012. Spowoduje to napływ słonecznych cząstek. Tym, czego naukowcy dotąd nie rozważali, jest jego wpływ na ludzki układ bioelektryczny.

 

Ziemskie pole magnetyczne wpływa na klimat

Według przeprowadzonych przez Duńczyków i opublikowanych w styczniu 2009 roku badań, które mogą podważyć pogląd mówiący, że to działalność człowieka jest przyczyną globalnego ocieplenia, ziemski klimat pozostaje pod silnym wpływem pola magnetycznego naszej planety.

— Nasze wyniki dowodzą silnej korelacji pomiędzy siłą ziemskiego pola magnetycznego a ilością opadów w tropikach — oświadczył dziennikarzom magazynu Videnskab jeden z dwóch duńskich geofizyków, autorów badań, Mads Faurschou Knudsen z Wydziału Geologii Uniwersytetu Aarhus w zachodniej Danii.

Wyniki tych badań, które opublikował także amerykański magazyn naukowy Geology, wspierają kontrowersyjną teorię ogłoszoną dziesięć lat temu przez duńskiego astrofizyka Henrika Svensmarka, który twierdził, że galaktyczne promienie kosmiczne przenikające do ziemskiej atmosfery mają ogromny wpływ na klimat.

 

Co stanowi siłę napędową ziemskiego pola magnetycznego?

Kiedy prąd elektryczny przepływa przez metalowy przewód, wówczas powstaje wokół niego pole magnetyczne i odwrotnie – przemieszczanie drutu w polu magnetycznym wytwarza w nim prąd elektryczny. To podstawowa zasada, na której opiera się działanie silników elektrycznych i generatorów prądu elektrycznego.

Ciekły metal, z którego zbudowana jest zewnętrzna część jądra Ziemi, przechodzi przez pole magnetyczne, co generuje w nim przepływ prądu elektrycznego, który z kolei wytwarza własne pole magnetyczne i to silniejsze od tego, jakie je pierwotnie wytworzyło. Kiedy ciekły metal przemieszcza się przez to silniejsze pole, wzbudzany jest jeszcze silniejszy prąd, który jeszcze bardziej wzmacnia pole magnetyczne. Ta samonapędzająca się pętla znana jest jako geomagnetyczne dynamo. Materiał zewnętrznej warstwy jądra powoli wnika w wewnętrzne jądro, uwalniając w tym procesie ciepło. Ciepło to napędza komórki konwekcji wewnątrz ciekłego jądra, które utrzymują ruch ciekłego metalu w polu magnetycznym.

Do utrzymania tego dynama w ruchu konieczna jest energia. Ta energia to ciepło wyzwalane z powierzchni stałego wewnętrznego jądra. Ruch wirowy naszej planety powoduje spiralny ruch ciekłego metalu w podobny sposób do tego, w jaki oddziałuje on na wzorce pogodowe na powierzchni Ziemi. Te spiralne zawirowania umożliwiają oddzielnym polom magnetycznym współosiowe ułożenie się i połączenie sił. Bez efektu wywołanego wirowaniem Ziemi pola magnetyczne generowane w ciekłej warstwie jądra znosiłyby się nawzajem i nie dawałyby wyraźnych biegunów – południowego i północnego.

 

Odwrócenie pola geomagnetycznego

Nowe badania wykazują, że gwałtowne zmiany w ruchu zewnętrznej ciekłej warstwy jądra Ziemi osłabiają w niektórych rejonach powierzchni planety pole magnetyczne.

— Tym, co tak bardzo zaskakuje, to gwałtowna, niemal nagła zmiana zachodząca w ziemskim polu magnetycznym — oświadczył współautor badań Nils Olsen, geofizyk z Duńskiego Państwowego Centrum Kosmicznego w Kopenhadze.

Według niego wyniki badań sugerują podobnie nagłe zmiany zachodzące jednocześnie w ciekłym metalu 3000 kilometrów pod powierzchnią Ziemi. Naukowcy ustalili, że fluktuacje pola magnetycznego wystąpiły w kilku odległych od siebie regionach Ziemi.

Jak utrzymuje współautorka badań Mioara Mandea z Niemieckiego Ośrodka Badań Nauk o Ziemi w Poczdamie, te zmiany „mogą sugerować zbliżanie się odwrócenia kierunku pola geomagnetycznego”, które w przeszłości zmieniało kierunek setki razy. Ten proces może trwać tysiące lat.

Naukowcy twierdzą ponadto, że osłabienie pola magnetycznego otwiera górne warstwy ziemskiej atmosfery na intensywne bombardowanie naładowanymi cząstkami.

 

Bombardowanie Ziemi przez promienie kosmiczne

Międzynarodowy zespół naukowców odkrył zastanawiający nadmiar wysokoenergetycznych elektronów bombardujących Ziemię z kosmosu. Ich źródło nie jest znane, ale musi znajdować się blisko Układu Słonecznego i może być zbudowane z ciemnej materii. Wyniki ich badań opublikował magazyn Nature z 20 listopada 2008 roku.

— To wielkie odkrycie — mówi John Wefel współautor badań ze stanowego Uniwersytetu Luizjany. — Po raz pierwszy zauważyliśmy dyskretne źródło przyspieszonych promieni kosmicznych wyodrębniające się z ogólnego galaktycznego tła.

Aby móc badać te potężne i interesujące promienie kosmiczne, Wefel i jego koledzy przez ostatnie osiem lat wypuszczali balony stratosferyczne nad Antarktydą. Ich ufundowany przez NASA detektor promieni kosmicznych wykrył znaczną nadwyżkę wysokoenergetycznych elektronów. „Źródło tych egzotycznych elektronów musi znajdować się stosunkowo blisko Układu Słonecznego, nie dalej niż tysiąc parseków” – twierdzi współautor badań Jim Adams z Ośrodka Lotów Kosmicznych Marshalla przy NASA (NASA Marshall Space Flight Center). Galaktyczne promienie kosmiczne są subatomowymi cząstkami przyspieszonymi do prędkości bliskiej prędkości światła przez wybuch odległej supernowej i inne tego typu gwałtowne wydarzenia. Roją się w Drodze Mlecznej, tworząc mgiełkę cząstek o wysokiej energii, które wnikają do Układu Słonecznego ze wszystkich kierunków.

Promienie kosmiczne składają się głównie z protonów i cięższych jąder atomowych z odrobiną elektronów i fotonów urozmaicających tę mieszaninę. Dlaczego to źródło musi być niedaleko? Jak tłumaczy to Adams: „Wysokoenergetyczne elektrony tracą gwałtownie swoją energię w czasie przemieszczania się w galaktyce. Oddają swoją energię w dwojaki sposób: (1) kiedy zderzają się z fotonami o niższej energii (tzw. odwrotne rozproszenie comptonowskie) i (2) kiedy wypromieniowują część swojej energii przemieszczając się spiralnie przez pole magnetyczne galaktyki”. Wysokoenergetyczne elektrony są więc lokalne, ale naukowcy nie mogą dokładnie określić ich źródła na niebie. Z badań wynika, że powinno się ono znajdować w odległości 3000 lat świetlnych od Słońca. Może to być egzotyczny obiekt, taki jak pulsar, minikwazar, resztki supernowej lub czarna dziura pośredniej masy (intermediate-mass black hole; w skrócie IMBH).