المجال المغناطيسي للأرض هو لغزا تماما. كيف يتم إنشاؤها؟ كيف تبقى مستقرة؟ لقد عرفنا المجال المغناطيسي للأرض منذ مئات السنين والبوصلة المتواضعة تخبرنا عن اتجاه القطب الشمالي المغناطيسي منذ القرن الثاني عشر. تستخدمه الحيوانات في الملاحة وقد ازداد اعتمادنا على وجودها لنفس السبب. علاوة على ذلك ، يمنحنا الغلاف المغناطيسي درعًا قويًا ضد أسوأ عاصفة شمسية. ومع ذلك ، لا تزال لدينا فكرة قليلة عن الآليات التي تولد هذا المجال في أعماق قلب الأرض. على أمل الحصول على نظرة ثاقبة خاصة للمجال المغناطيسي الكوكبي واسع النطاق ، قام عالم جيوفيزيائي من جامعة ماريلاند ببناء طفله الخاص جدًا الأرض في مختبره ، وسوف تدور (بما في ذلك المعدن السائل) بحلول نهاية السنة…
تذكرني هذه القصة بتجربة كلاسيكية قام بها النرويجي كريستيان بيركلاند في مطلع القرن التاسع عشر. في محاولة لفهم الشفق القطبي الديناميكي (الشفق القطبي الشمالي) ، أثبت بيركلاند بشكل تجريبي أن التيارات الكهربائية يمكن أن تتدفق على طول خطوط المجال المغناطيسي (المعروف أيضًا باسم بيركلاند ، أو التيارات 'المحاذية للحقل' ،اليسار المصور). يمكن ملاحظة ذلك في الطبيعة حيث تتفاعل الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي للأرض ثم يتم توجيهها إلى الأقطاب المغناطيسية للأرض. عندما تتدفق الجسيمات إلى الغلاف الجوي العلوي للقطب ، فإنها تصطدم بالغازات الجوية ، مما ينتج عنه عرض ضوئي ملون يسمى الشفق. ومع ذلك ، فإن هذه التجربة المبكرة تحاكي مجالًا مغناطيسيًا ؛ لم يكن نموذجًا للكيفية التي تولدها بها الأرض في المقام الأول.
الآن ، في مختبر بجامعة ميريلاند ، يسعى الفيزيائي دان لاثروب إلى هذا اللغز من خلال بناء نسخته الخاصة جدًا من الأرض (أعلى الصورة). تم إعداد النموذج على جهاز يدور الكرة التي يبلغ قطرها 10 أقدام إلى سرعة استوائية تبلغ 80 ميلاً في الساعة. لمحاكاة اللب الخارجي المنصهر للأرض ، سوف يملأ لاثروب الكرة بالمعدن المنصهر. كل شيء سوف يزن 26 طنا.
هذه هي المحاولة الثالثة لاثروب لتوليد نموذج مصغر للحقل المغناطيسي للأرض. كانت المحاولتان الأخيرتان أصغر بكثير ، لذا كان لابد من إنشاء هذه التجربة الكبيرة بواسطة شركة تستخدم أكثر في هندسة المعدات الصناعية الثقيلة.
يُعتقد أن اللب الخارجي المنصهر للأرض ، بدءًا من 2000 ميل تحت القشرة الأرضية ، يولد المجال المغناطيسي العالمي. يتم إنشاء هذا 'تأثير الدينامو' بطريقة ما من خلال تفاعل تدفق الحديد السائل المضطرب (وهو موصل بدرجة عالية) مع دوران الكوكب. في نموذج لاثروب ، سيستخدم فلزًا سائلًا موصلًا آخر ، وهو الصوديوم. الحديد المنصهر حار جدًا بحيث لا يمكن الحفاظ عليه في هذه البيئة ، يوجد الصوديوم في مرحلة سائلة عند درجات حرارة منخفضة جدًا (له نقطة انصهار قريبة من نقطة غليان الماء ، حوالي 100 درجة مئوية) ، ولكن هناك بعض المخاطر الخطيرة المرتبطة مع استخدام الصوديوم كنظير للحديد. إنه شديد الاشتعال في الهواء وهو شديد التفاعل مع الماء ، لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات (على سبيل المثال ، تم تعطيل نظام الرش ، والماء في حالة نشوب حريق بوقود الصوديوم لن يؤدي إلا إلى تفاقم الأمور!). هذه التجربة بأكملها ، على الرغم من كونها محفوفة بالمخاطر ، مطلوبة حيث لا توجد طريقة مباشرة لقياس الظروف في اللب الخارجي للأرض.
'تعتبر ظروف القلب أكثر عدائية من سطح الشمس. الجو حار مثل سطح الشمس ولكن تحت ضغوط عالية للغاية. لذلك لا توجد طريقة لاستكشافه ، ولا توجد تقنية يمكن تخيلها لسبر اللب مباشرة.'- دان لاثروب
يجب أن يتسبب تدوير هذا المجال الثقيل في حدوث اضطراب مستمر في تدفق الصوديوم السائل ومن المأمول أن يتم إنشاء مجال مغناطيسي. هناك العديد من الألغاز التي تأمل هذه التجربة في حلها ، مثل الآليات الكامنة وراء التحول القطبي المغناطيسي. طوال تاريخ الأرض ، هناك دليل على أن الأقطاب المغناطيسية قد غيرت القطبية ، وقد يتسبب الدوران المطول للنموذج في انعكاس القطب المغناطيسي بشكل دوري. قد يلقي اختبار الظروف في المعدن السائل الموصل بعض الضوء على ما يؤثر على هذا النمط العالمي للانزياح القطبي.
تم إجراء هذا النوع من التجارب من قبل ، لكن العلماء وجهوا تدفق المعدن السائل من خلال استخدام الأنابيب ، لكن هذا النموذج سيسمح للمعدن بتنظيم نفسه بشكل طبيعي ، مما يخلق تدفقًا مضطربًا خاصًا به. ما إذا كان هذا الاختبار يولد مجالًا مغناطيسيًا أم لا ، فمن غير المعروف ، ولكن يجب أن يساعدنا في فهم كيفية توليد المغناطيسية داخل الكواكب.
شاهد الفيديو في National Public Radio »
مصدر: الإذاعة الوطنية العامة