Простягаючись від Землі, як невидимі спагетті, - це магнітне поле планети. Це поле, створене за допомогою ядра земного ядра, важливе для повсякденного життя: воно захищає планету від сонячних частинок, забезпечує основу для навігації, і, можливо, воно зіграло важливу роль в еволюції життя на Землі.
Але що буде, якщо завтра зникне магнітне поле Землі? Більша кількість заряджених сонячних частинок бомбардує планету, ставлячи електромережі та супутники на фріц і збільшуючи вплив людини на більш високий рівень ультрафіолетового випромінювання, що викликає рак. Іншими словами, відсутнє магнітне поле матиме наслідки, які були б проблемними, але не обов'язково апокаліптичними, принаймні в короткостроковій перспективі.
І це гарна новина, адже вже більше століття воно слабшає. Навіть зараз в Південній Атлантиці аномалії в Південній півкулі є особливо хиткі плями, які створюють технічні проблеми для супутників з низькою орбітою.
Перше, що потрібно зрозуміти про магнітне поле, це те, що навіть якщо воно слабшає, воно не зникне - принаймні, не на мільярди років. Земля зобов'язана своїм магнітним полем розплавленим зовнішнім ядром, яке виготовляється здебільшого із заліза та нікелю. Зовнішнє серцевина, що вибивається, працює за рахунок конвекції тепла, що виділяється, коли внутрішнє ядро зростає і твердне, заявив Джон Тардуно, геофізик з Рочестерського університету. (Внутрішнє ядро зростає приблизно на міліметр на рік.)
Цей двигун з магнітним полем, відомий під назвою динамо, тискається протягом мільярдів років. Вчені вважають, що нинішнє розташування ядра може відбутися близько 1,5 мільярда років тому, згідно з дослідженнями 2015 року, які виявили стрибок у силі магнітного поля приблизно тоді. Але Тардуно та його команда знайшли дані про магнітне поле на Землі в найдавніших мінералах планети, цирконах, що датуються 4,2 мільярда років, що дозволяє припустити, що діяльність в ядрі створює магнетизм дуже давно.
Незрозуміло, чому динамо почалося, Тардуно сказав Live Science, хоча можливо, що величезний планетарний вплив, який створив Місяць, може бути ключовим рушієм. Цей вплив, що стався, можливо, через 100 мільйонів років після того, як Земля зібралася разом, могла б похитнути будь-яке розшарування або розшарування матеріалів в ядрі Землі: Уявіть, що ви струсите пляшку з маслом і водою в планетарному масштабі. Цей зрив міг сприяти конвекції, яка все ще рухає динамо Землі.
Врешті-решт внутрішнє ядро, ймовірно, виросте досить великим, що конвекція у зовнішньому ядрі вже не буде ефективною, а магнітне поле вийде з ладу. Але цей сценарій настільки далекий, що втрачати багато сну не варто.
"Ми говоримо мільярди років", - сказав Тардуно.
Ослаблення магнітного поля
Набагато важливішим для життя людей є те, що магнітне поле слабшає. Вчені вимірювали це ослаблення безпосередньо магнітними обсерваторіями та супутниками протягом останніх 160 років. Чи поле перед цим занепадало трохи тугіше, як це буде робити далі. В даний час магнітне поле становить близько 80% диполярних, сказав Тардуно. Це означає, що він діє здебільшого як барний магніт. Якщо ви могли поставити залізні плівки навколо планети (і зняти вплив сонця, яке видає постійний потік заряджених частинок, званих сонячним вітром до Землі, видуваючи магнітне поле навколо, як довге волосся, на вітрі), отримане магнітне поле лінії показували би чітку Північ та Південь. Але 20% поля недиполярні, це означає, що це складніше; є місцеві варіації.
У минулому магнітне поле переверталося, змінюючи північ і південь. Останнє з цих перетворень сталося 780 000 років тому, приблизно в епоху Росії Homo erectus. Ослаблення поля, як правило, передує цим перевертанням, викликаючи питання про те, чи неминучий ще один триггер. Але поле також часом слабшає, а потім знову зміцнюється, не перегортаючи, явище, яке називається екскурсією.
Тардуно та його команда виявили, що дивний вихр у ядрі в Південній Африці може сприяти деякій цій слабкості. Схоже, цей вихр викликає аномалію Південної Атлантики, відому слабку точку поля, яка простягається приблизно на відстані 190 миль (300 кілометрів) на схід від Бразилії через більшу частину Південної Америки. У цій області заряджені частинки від сонячного вітру опускаються ближче, ніж зазвичай до Землі. Південноатлантична аномалія не особливо помітна на місцях. Але супутники на орбіті Землі стикаються з більш пошкоджуючими сонячними частинками там, і космонавти, які подорожували через регіон на Міжнародній космічній станції, повідомили, що візуальні явища зіркових зірок вважаються спричиненими відносно високим рівнем випромінювання на рівні низької орбіти Землі там .
Земля без поля
Тардуно та його команда підозрюють, що коливання мантії в Південній Африці, можливо, було тригером для перетворення магнітного поля в минулому. Хороша новина полягає в тому, що навіть якщо поле слабшає або готується до перевертання, воно не зникне; немає жодних доказів того, що магнітне поле ніколи повністю не зникла під час реверсування.
Навіть якщо поле обернеться, "у нас все ще буде присутнє якесь магнітне поле; воно просто буде дуже слабким магнітним полем", - сказав Тардуно.
Як виглядав би цей світ з мінімальним магнітним полем? Що ж, ваш компас не працював би, з одного боку. "Це просто буде спрямоване на найвище магнітне поле", - сказав Тардуно. "Це може бути дуже близько до вас; це може бути дуже далеко".
Північне та південне сяйво було б видно з нижніх широт, тому що ці барвисті шоу є результатом взаємодії між зарядженими частинками, що викидаються від сонця у сонячному вітрі, та магнітосфері Землі. В даний час ці полярні види з’являються біля полюсів, слідуючи за великою лінією магнітного поля на північ-південь Землі, але слабше поле дозволило б частинкам проникати в атмосферу Землі, освітлюючи небо ближче до екватора.
У південноатлантичній аномалії умови супутників можуть стати поширеними по всьому світу, що може спричинити технічні проблеми. Сонячні частинки можуть пінг-електроніку, порушуючи біти пам'яті в тому, що називається розладом на одну подію, або SEU. Коли сонячні частинки взаємодіють із зарядженим шаром атмосфери Землі, який називається іоносферою, вони також вибивають електрони, вільні від своїх молекулярних орбіт. Потім ці вільні електрони перешкоджають передачі високочастотних радіохвиль, що використовуються для зв'язку.
Взаємодія між сонячним вітром та атмосферою Землі також може зруйнувати озоновий шар з часом, сказав Тардуно, що призведе до підвищення колективного впливу ультрафіолетового випромінювання людства та збільшення ризику раку шкіри.
"Хоча це, мабуть, не було б катастрофічно для життя, на землі без магнітного поля було б набагато більша доза радіації", - сказав Мартін Арчер, фізик космічної плазми в Лондонському університеті королеви Мері.
Мало свідчень про те, що минулі зміни магнітного поля впливали на життя Землі. Тим не менш, магнітне поле, безперечно, сформувало земну поверхню, що допомагає уберегти тендітну атмосферу планети від того, щоб її вибухало в космос невблаганна сила сонячного вітру, розповів Арчер Live Live.
Магнітне поле не є вирішальним для створення атмосфери - Венера не має магнітного поля і має масову, якщо не бажану атмосферу - але це, безумовно, виступає додатковим захисним шаром. На Марсі, який раніше мав магнітне поле, але втратив його близько 4 мільярдів років тому, його атмосфера майже повністю позбавлена. І якби існував спосіб надати Місяцю атмосферу, схожу на Землю, сонячний вітер би знищив її ні до чого, за минуле століття, сказав Арчер.
