השדה המגנטי של כדור הארץ

שדה המגנטי של כדור-הארץ פועל כמו מגנט ענק. הוא מגן עלינו מפני חלקיקים טעונים שמגיעים ברוח השמש. סביב השדה נוצרת המגנטוספירה (בועה מגנטית בחלל) שצורתה דחוסה בצד הפונה לשמש ונמתחת בזנב אדיר בצד השני.

מכירים מגנטים כבר עתיקה, ומשימוש במצפן היו בסין לפני מאות שנים. ויליאם גילברט (1600) הציע שכדור-הארץ הוא מגנט. רעיונותיו של ג'וזף לרמור (1919) תרמו לפיתוח תאוריית הדינמו, שמסבירה את יצירת השדה. ב-1958 לוויין המחקר Explorer 1 גילה את המגנטוספירה וחגורות ואן אלן, אזורי חלקיקים טעונים סביב הארץ.

השדה דומה לשדה דו-קוטבי (כמו סליל/מגנט בעל שני קטבים). הקטבים המגנטיים אינם חופפים להכרח לקטבים הגאוגרפיים, והם נעים תמיד. יש עדויות להיפוכי כיוון (reversals) של השדה בתקופות גאולוגיות שונות.

את השדה אפשר לפרק לרכיב אופקי ולרכיב אנכי. המחט במצפן מצביעה בכיוון הרכיב האופקי. הנטייה המגנטית (Declination) היא הזווית בין הרכיב האופקי לצפון הגאוגרפי. זווית ההרכנה (Inclination) היא הזווית בין השדה לכיוון אופקי.

עוצמת השדה משתנה ברחבי העולם, בערכים טיפוסיים בין כ-30 ל-60 מיקרוטסלה. בירושלים היא כ-32 מיקרוטסלה, וההטייה הממוצעת של קווי השדה היא כ-46°. מדידה נעשית במגנטומטר (מכשיר למדידת שדה מגנטי), באמצעות תחנות קרקע ולוויינים. בישראל פועלות מספר תחנות מדידה קבועות.

המגנטוספירה מנווטת חלקיקים טעונים וסוחפת אותם לאורך קווי השדה. חלקיקים אלה מעוררים אטומים באטמוספירה ויוצרים את זוהר הקוטב (אורות צפוניים). חגורות ואן אלן הן שכבות חלקיקים טעונים שנתפסו בשדה המגנטי, והן נחקרו לאחר שגילו אותן ב־1958.

התיאוריה המרכזית היא הדינמו: גלעין חיצוני נוזלי עשיר בברזל מוליך חשמל. חימום מהגלעין הפנימי יוצר זרמי תנועה של הנוזל (קונבציה), וסיבוב כדור-הארץ יחד עם כוח קוריוליס מארגנים תנועות סיבוביות. תנועות אלה יוצרות זרמים חשמליים שמחזקים שדה מגנטי קיים, וכך השדה נשמר ומוחזק לאורך זמן.

הקטבים המגנטיים נודדים; הקוטב המגנטי הצפוני מתקדם במהירות של כחמישים קילומטרים בשנה בסדרי גודל אחרונים (בערך 40 ק"מ לשנה). היפוכים של כיוון השדה קרו בעבר בין תקופות של עשרות אלפי ועד מיליוני שנים. ההיפוך האחרון אירע לפני כ-780 אלף שנים (Brunhes, Matuyama).

השדה מגן על חיים ועל מערכות טכנולוגיות, אך שינוי פתאומי יכול להפריע ללוויינים, לשידורי רדיו ולרשתות חשמל. בעלי חיים מסוימים, כמו ציפורים נודדות, צבי ים ולווייתנים, נראים כמנצלים את השדה לניווט. בני אדם משתמשים בשדה לצורכי ניווט באמצעות מצפן. מחקר פלאומגנטי (חקר שדות קדומים שמורכבים בסלעים) עזר לשחזר תנועת הלוחות הטקטוניים ולמדוד התרחבות קרקעית של האוקיינוס.

כדור-הארץ כמו מגנט גדול. הוא מגן עלינו מפני רוח השמש. רוח השמש היא זרם חלקיקים מהשמש.

המגנטוספירה היא בועה סביב הארץ שמדחסת בצד השמש ונמתחת בזנב בצד השני.

חלקיקים שמתנדבים על קווי השדה עושים אורות בשמיים. קוראים לזה זוהר הקוטב.

מצפן מראה את כיוון השדה האופקי. צריך לתקן את הכיוון לפי הנטייה המגנטית כדי למצוא את הצפון הגאוגרפי.

=ממי נוצר השדה?
השדה נוצר בתהליך שמים קוראים לו דינמו. בליבה של כדור-הארץ יש נוזל מתכתי (ברזל) שנע. התנועה הזאת יוצרת שדה מגנטי.

יש סביב הארץ אזורים של חלקיקים טעונים שנקראים חגורות ואן אלן. מדדים את השדה במכשיר שנקרא מגנטומטר (מכשיר למדידת שדה).

חיות כמו ציפורים וצבי ים מרגישות את השדה ועוזרות להן למצוא דרך. הקטבים המגנטיים זזים כל הזמן. לפעמים הכיוון של השדה גם מתהפך. ההיפוך האחרון היה לפני כ-780 אלף שנים.

=למה זה חשוב?
השדה מגונן עלינו ועל טכנולוגיה כמו לוויינים. בני אדם משתמשים בו כדי לנווט עם מצפן. חוקרים משתמשים בסלעים כדי ללמוד איך השדה השתנה בעבר.