چرا میدان مغناطیسی زمین به سمت غرب متمایل می‌شود؟

میدان مغناطیسی زمین نقش مهمی ایفا می‌کند و ناشناخته‌هایی دارد که دانشمندان در پی کشف آن‌ها هستند.

چرخش آهن مغناطیسی در هسته‌ی زمین منشأ میدان ژئومغناطیسی زمین است. میدان ژئومغناطیسی به نوبه‌ی خود از سیاره در برابر تشعشعات خورشیدی محافظت می‌کند. این موضوع برای ادامه‌ی حیات زمین از اهمیت بالایی برخوردار است. بدون این میدان، سطح سیاره با ذرات بارداری که از خورشید جریان می یابند، بمباران می‌شود و درنهایت جو زمین از بین می‌رود.

در طول 400 سالی که بشر میدان مغناطیسی زمین را ثبت می‌کند، دریافته است که این میدان به طورغیرقابل کنترلی به سمت غرب کشیده می‌شود. فرضیه‌‌ی جدیدی علت این امر را امواج ناشناخته موجود در هسته‌ی بیرونی زمین معرفی می‌کند.

امواج کند که امواج روسبی (Rossby waves) نام دارند، در سیال درحال چرخش به وجود می‌آیند. این امواج همچنین به نام امواج سیاره‌ای نیز شناخته می‌شوند که در بسیاری از اجرام درحال چرخش و بزرگ وجود دارند؛ از جمله در اقیانوس‌های زمین و جو و سیاره‌ی مشتری و خورشید. اُ.پی. باردسلی دنشجوی دکترای دانشگاه کمبریج بریتانیا و همچنین نویسنده یک مطالعه جدید بر فرضیه امواج روسبی است و می‌گوید:

هسته‌ی بیرونی زمین یک سیال چرخان است؛ یعنی امواج روسبی در هسته نیز می‌چرخند. امواج روسبی اقیانوسی و جوی پوسته‌هایی دارند که درخلاف چرخش شرقی زمین به سمت غرب در حرکت‌ هستند. امواج روسبی هسته، به‌مقدار کمی امواج روسبی جوی را تغییر می‌دهند. پوسته های آن‌ها همیشه به سمت شرق حرکت می‌کند.

نیروهای چرخشی

چرخش آهن مغناطیسی در هسته‌ی زمین منشأ میدان ژئومغناطیسی زمین است. میدان ژئومغناطیسی به نوبه‌ی خود از سیاره در برابر تشعشعات خورشیدی محافظت می‌کند. این موضوع برای ادامه‌ی حیات زمین از اهمیت بالایی برخوردار است. بدون این میدان، سطح سیاره با ذرات بارداری که از خورشید جریان می یابند، بمباران می‌شود و درنهایت جو زمین از بین می‌رود.

درحالی‌که به فهم امواج منتشر شده در سراسر هسته زمین مشغولیم، باردسلی متوجه شد که برخی از این امواج می‌توانند یکی از رازهای میدان مغناطیسی سیاره را توضیح دهند. در طول چهار قرن گذشته، دانشمندان میل مغناطیسی را انداره‌گیری کردند و این میل اختلاف بین قطب شمال واقعی با آن چیزی است که عقربه‌ی قطب‌نما نشان می‌دهد (از آنجا که میدان مغناطیسی با ناهنجاری‌های محلی پر است، عقربه‌ی قطب‌نما اندکی نسبت به قطب شمال واقعی بسته به جایی که ایستاده‌ایم، تغییر می‌کند). باردسلی در این تحقیق جدید که در 15 مه در ژورنال Proceedings of the Royal Society A منتشر شد، گفت:

در طول آن چهار قرن، اندازه‌گیری‌های میل این ناهنجاری‌ها نشان می‌دهد که گرایشی به کشیده شدن به سمت غرب وجود دارد.

باردسلی خطاب به Live Science می‌گوید:

کشیدگی به سمت غرب در ابتدا خود را به‌صورت حباب‌های روی اطلس در نزدیکی استوا نشان می‌دهد که حدود 17 کیلومتر (۱۰.۵ مایل) در سال رانده می‌شوند.

شرق و غرب

نظریه هایی که این کشیدگی را توضیح می‌دهند عموماً بر دینامیک هسته‌ی بیرونی تمرکز دارند. به گفته باردسلی معروف ترین این نظریه‌ها این است که هسته بیرونی یک گردش دایره‌ای مشابه جریان جت جو دارد که به سمت غرب در حرکت هستند و میدان مغناطیسی زمین را با خود می‌کشند. مسئله این است که معلوم نیست چرا این چرخش دایره‌ای باید وجود داشته باشد. حتماً باید وجود داشته باشد، اما اینکه مدرک مستقیمی وجود ندارد، هر توضیح دیگری ممکن است.

یک توضیح محتمل این است که امواج روسبی مرموز بودن میدان مغناطیسی را بر سطح زمین توضیح می‌دهد. این کمی عجیب است، زیرا امواج روسبی در هسته پوسته هایی دارند که در جهت غرب حرکت می‌کنند؛ یعنی خلاف کشیدگی حرکت غربی. اما پوسته های امواج همیشه جابه‌جایی کل انرژی خود را نشان نمی دهند. باردسلی می گوید:

ما می‌توانیم گروهی از امواج را داشته باشیم؛ طوریکه پوسته‌ها به سمت شرق و توده‌ی انرژی به سمت غرب حرکت کند.

امر مشابهی با امواج آب هم می تواند رخ دهد. پوسته‌ی آن‌ها در جهتی مشابه توده‌ی انرژی در حرکت است؛ اما لزوماً سرعت‌ها یکسان نیست.

اندازه‌گیری‌های سطحی میدان ژئومغناطیسی حرکت توده انرژی را به دست می‌دهد، اما همه‌ی جزئیات موجی قابل دسترس نیست. امواج روسبی با تمایل بسیاری که در حرکت انرژی به سمت غرب دارند، می‌توانند کشیدگی به سمت غرب را در اقیانوس اطلس توضیح دهد. جزئیاتی که در مقیاس‌های کوچک رخ می‌دهند، مثل حرکت به سمت غرب پوسته‌ها، قابل شناسایی نیستند.

فرضیه کشیدگی غربی و امواج روسبی کاملاً از این سؤال معروف که آیا میدان مغناطیسی معکوس می‌شود یا نه، مستقل است. در طول تاریخ زمین، جای قطب شمال و جنوب مغناطیسی تعویض شده است. این مسئله مشکل خاصی محسوب نمی‌شود و می‌دانیم که ۱۰ هزار سال به طول می‌انجامد. این موضوع باعث افزایش جزئی در ناهنجاری‌ها و کاهش میدان مغناطیسی بین دو قطب می شود.

یک میدان ضعیف ذرات خورشیدی بیشتری از خود عبور می‌دهد؛ این روند می‌تواند شبکه‌های الکتریکی را مختل کند و موجب مشکلاتی در سیستم‌های ناوبری شود. هرچند، دانشمندان مطمئن نیستند که آیا تضعیف میدان مغناطیسی در طول یک یا دو قرن گذشته نشانه‌ی یک نوسان درحال وقوع (Flip-Flop) است؛ یا صرفاً نشانی از یک ارتعاش قابل بازیافت.