Qual è l’origine dello “scudo” che protegge la Terra dai brillamenti solari?

chiamato ” scudo di terra da studiosi. Per molti animali migratori terrestri e acquatici, è un punto di riferimento dei movimenti a lunga distanza. Forza le bussole a puntare sempre nella stessa direzione. Non hai dubbi a riconoscerlo, lo è Il campo magnetico terrestre (CMT).

La Terra aveva già un campo magnetico molto tempo fa 3,45 miliardi di anni. A quel tempo, la sua intensità era solo il 50-70% del suo valore attuale. Ma 3,2 miliardi di anni fa, il campo magnetico terrestre era intenso come lo è oggi. Tuttavia, è molto complicato avere certezze in questo campo. Nel 2020, lavorare
con Quindi contraddice i risultati pubblicati nel 2014, basati sulla magnetizzazione di antichi cristalli di zircone e la prova che il campo magnetico terrestre esisteva effettivamente 4,2 miliardi di anni fa. Sebbene i magneti siano conosciuti fin dall’antichità, furono i cinesi a usarli per primi intorno all’anno 1000-1100 per orientarsi: fu la nascita di
bussola.

La relazione tra i magneti e il campo magnetico terrestre fu scoperta nel 1600 da William Gilbert, fisico e medico inglese della regina Elisabetta I, pubblicato nel 1600 dic. Grande magnete terrestre (“Il Grande Magnete della Terra”). Spiega come metti la bussola su una superficie
sfera magnetica (La terella) si riferisce sempre allo stesso punto, come sulla Terra. Poi nel 1840,
Matematico e fisico Karl Gauss Propone l’idea che il magnete “terra” fosse al centro della Terra.

Due poli e un asse

Da allora, il progresso scientifico ha fatto luce sul lavoro del campo magnetico terrestre e sul suo ruolo nei fenomeni elettromagnetici. Tuttavia, l’origine del campo magnetico terrestre è forse uno dei problemi più sorprendenti della fisica moderna. Alla domanda “Perché la bussola punta a nord?” Ai fisici è stata negata una risposta fin dal XVI secolo. L’ipotesi più decisiva, la teoria della dinamo autoeccitata, fu introdotta per la prima volta da Sir Joseph Larmore nel 1919. Ha resistito alle critiche più dure, ma non è stata ancora applicata al caso dei parametri del suolo.

Le prime bussole apparvero intorno all’anno 1000 in Cina © Pics-pd / Pixnio

Nell’era dell’informatica scientifica, può sembrare sorprendente che questo modello di una dinamo autoeccitata debba ancora essere completamente progettato. I moderni modelli numerici consentono certamente di studiare il sistema completo, ma in un insieme di sistemi di parametri molto lontani dalla realtà fisica, a causa dei limiti di potenza di calcolo direttamente legati alla complessità matematica dei termini associati ai fenomeni fisici. il problema. Quindi i ricercatori stanno lavorando per sviluppare nuovi approcci numerici, più efficienti, o basati su modelli di fenomeni esistenti nel gioco.

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Il campo magnetico terrestre può essere paragonato, approssimativamente, al campo magnetico di un magnete dritto (magneti bloccati nei tuoi frigoriferi). Il punto centrale di questo magnete non è esattamente al centro della Terra, si trova a centinaia di chilometri dal centro geometrico. Sembra che la CMT sia ancora dominata da questo dipolo (polo: nord e sud) che si allinea mediamente con l’asse di rotazione del nostro pianeta (dipolo assiale).

L’insieme delle linee del campo magnetico terrestre sopra la ionosfera, a più di 1.000 km di distanza, è chiamato magnetosfera. L’influenza del campo magnetico terrestre, da parte sua, è avvertita da diverse decine di migliaia di chilometri.

Il campo magnetico terrestre può essere visto come un campo magnetico destrorso leggermente deviato dall’asse di rotazione terrestre (il Polo Nord geografico); Il polo nord magnetico corrisponde in realtà al polo sud del magnete terrestre © OSweetNature / Shutterstock (tramite Conversation)

Anche se notiamo che la bussola ha puntato il nord magnetico (e quindi il polo sud del magnete terrestre…) per centinaia di milioni di anni, gli antichi magnetologi hanno anche dimostrato che il polo dell’ago magnetico a volte punta al nord magnetico , come accade oggi, e talvolta al Sud.

Il campo magnetico terrestre ha già Invertito più di 100 volte Negli ultimi cinquanta milioni di anni, il
ultima riflessione 42000 anni.

L’origine del campo magnetico: l’effetto dinamo

Il campo magnetico terrestre è costituito dai complessi moti dei fluidi (chiamati convezione) nel nucleo esterno del nostro pianeta. Ha detto che il nucleo esterno è in realtà reale oceano di metallo fuso (principalmente ferro e nichel), situata tra un seme di ferro solido con raggio di 1.220 km e il fondo del mantello con raggio di 3.500 km.

La convezione è indubbiamente solubile (a causa delle differenze nei luoghi di messa a fuoco) e non convettiva (a causa delle differenze di temperatura nei luoghi), ed è strettamente correlata a Crescita del nucleo interno : Il ferro e l’acciaio al nichel sono meno ricchi di elementi disciolti rispetto a un liquido.La cristallizzazione di questo liquido arricchisce la base del nucleo esterno negli elementi disciolti; Poiché questi elementi sono più leggeri del ferro e del nichel, il liquido metallico profondo tende a salire sotto l’influenza
Archimede striscia.

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Schema della struttura della Terra | © Bibar / Wikimedia CC BY-SA 1.0

Tuttavia, il nucleo interno è molto giovane (età stimata tra 165 milioni e 2,5 miliardi di anni, recente apprezzamento tende a 1,3 miliardi di anni) in modo che il meccanismo di cui sopra avrebbe potuto funzionare per più di 1,5 miliardi di anni. Un altro processo di convezione del fuso può essere la dissoluzione (cioè la separazione di un componente omogeneo in più componenti distinti senza modificare la composizione complessiva della miscela)
ossido di magnesio (MgO), per il graduale raffreddamento del nucleo (e quindi dell’intero liquido). L’ossido di magnesio è già solubile nel ferro liquido a temperature molto elevate.

Per comprendere la dinamo terrestre è inoltre necessario essere in grado di individuare ciò che collega la rotazione della Terra su se stessa e il campo magnetico. In assenza di un campo magnetico, sappiamo che la forza di Coriolis (la forza responsabile di quel passo esitante quando si cammina in un vortice rotante) costringe i flussi (qui fluidi) a Organizzarsi in uragani e anticicloni – come nell’atmosfera – e si oppone ogni differenza lungo l’asse di rotazione, che per convezione fa sì che il nucleo si organizzi in enormi colonne parallele all’asse di rotazione.

Laplace contro Coriolis

forza di Coriolis Pertanto, una bobina di materia viene generata sotto forma di vortici. A causa della predominanza della forza di Coriolis, questi vortici sono allineati con l’asse di rotazione terrestre. L’attrito viscoso tra il fluido del nucleo esterno e il confine solido del mantello, da parte sua, provoca un flusso secondario localizzato che dà una “sensazione” di precipitarsi nei vortici.

Diagramma che mostra la relazione tra il moto di un fluido conduttore (organizzato in bobine dalla forza di Coriolis) e il campo magnetico generato dal movimento © Andrew Z. Colvin / Wikimedia CC BY-SA

Quando i movimenti del carico sono sufficientemente forti, si innesca l’instabilità della dinamo (l’“aumento” automatico del campo magnetico nel tempo) e produce un campo magnetico la cui geometria dipende naturalmente dai movimenti che lo provocano. il campo cresce Fino a quando le forze di Laplace (le forze di origine magnetica) competono con la forza di Coriolis.

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Questo scenario ha ricevuto solo di recente il supporto di simulazioni numeriche complete. Dominata dal campo magnetico prodotto da questa dinamo digitale a dipolo allineata con l’asse di rotazione. Le simulazioni producono un campo magnetico simile a quello della Terra, e molte mostrano addirittura inversioni spontanee.

Le prime simulazioni del campo magnetico terrestre da parte del team Glatzmeyer prima e dopo l’inversione della CMT. Le curve sono linee di campo magnetico, blu quando vai verso il centro e gialle quando vai lontano. L’asse di rotazione terrestre è centrato e perpendicolare © Gary A. Glatzmaier & Mike Run / Wikimedia CC BY-SA

Tuttavia, sorgono molte domande: quale ruolo giocano le piccole scale di flusso e campo magnetico, che non possono essere modellate? Non controllano la separazione? Allora, qual è l’energia necessaria per correre? dinamo terrestre ? Durante la sua storia, la Terra ha sempre avuto abbastanza forza per sostenere il suo dinamismo? Ancor prima che il seme solido iniziasse a cristallizzare, cosa fornisce oggi la maggior parte delle forze di Archimede che alimentano la convezione? Come mai
Non hai una Venus Dynamo ?

Comunque, mentre Ciclo solare 25 dal sole Promettendo di essere così intenso (il ciclo di 11 anni che segna l’attività solare è iniziato a dicembre 2019), possiamo fare affidamento sul nostro caro campo magnetico terrestre per proteggerci. E se mai
brillamenti solari Per negare ai nostri satelliti di localizzarci, dovremo solo affidarci al buon vecchio CMT per guidarci. Sperando di invertire il polo
non confonderci anche se!

Questa analisi è stata scritta da Walid Mohali, insegnante di fisica e ricercatore presso la ECE School of Engineering di Parigi.
L’articolo originale è stato pubblicato sul sito web di
Conversazione.

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