المجال المغناطيسي للأرض هو لغز. تستخدمه الحيوانات للملاحة وقد نما 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 عمق الأرض. على أمل الحصول على رؤية خاصة للمجال المغناطيسي الكوكبي واسع النطاق ، قام عالم فيزياء الأرض من جامعة ماريلاند ببناء أرضه الخاصة في مختبره ، وسوف تدور (بما في ذلك المعدن السائل) بحلول نهاية السنة…
تذكرني هذه القصة بتجربة كلاسيكية أجرتها كريستيان بيركيلاند النرويجية في مطلع القرن التاسع عشر. في محاولة لفهم Aurora Borealis الديناميكي (الشفق القطبي) الديناميكي ، أثبتت Birkeland تجريبيًا أن التيارات الكهربائية يمكن أن تتدفق على طول خطوط المجال المغناطيسي (المعروف أيضًا باسم Birkeland ، أو التيارات "المحاذية للحقل" ، في الصورة اليسرى). يمكن ملاحظة ذلك في الطبيعة حيث تتفاعل الجسيمات المشحونة من الرياح الشمسية مع الغلاف المغناطيسي للأرض ثم يتم توجيهها إلى القطبين المغناطيسيين للأرض. عندما تتدفق الجسيمات إلى الغلاف الجوي القطبي العلوي ، فإنها تتصادم مع الغازات الجوية ، لتوليد عرض ضوئي ملون يسمى الشفق. ومع ذلك ، فإن هذه التجربة المبكرة تحاكي مجالًا مغناطيسيًا. لم تضع نموذجًا لكيفية توليد الأرض لها في المقام الأول.
الآن ، في مختبر بجامعة ميريلاند ، يتابع عالم الجيوفيزياء دان لاثروب هذا اللغز من خلال بناء نسخته الخاصة من الأرض (أعلى الصورة). تم إعداد النموذج على جهاز من شأنه أن يدور كرة قطرها 10 أقدام إلى سرعة استوائية تبلغ 80 ميلاً في الساعة. لمحاكاة النواة الخارجية المنصهرة للأرض ، ستملأ Lathrop المجال بالمعدن المنصهر. كل شيء يزن 26 طنا.
هذه هي محاولة Lathrop الثالثة لتوليد نموذج مصغر للمجال المغناطيسي للأرض. كانت المحاولتان الأخيرتان أصغر بكثير ، لذلك كان لابد من إنشاء هذه التجربة الكبيرة من قبل شركة أكثر استخدامًا في هندسة المعدات الصناعية الثقيلة.
يُعتقد أن اللب الخارجي المنصهر للأرض ، الذي يبدأ على مسافة 2000 ميل أسفل قشرة الأرض ، يولد المجال المغناطيسي العالمي. يتم إنشاء "تأثير الدينامو" هذا بطريقة أو بأخرى من خلال تفاعل تدفق الحديد السائل المضطرب (وهو موصل للغاية) مع دوران الكوكب. في نموذج Lathrop ، سيستخدم معدنًا سائلًا موصلًا آخر ، الصوديوم. الحديد المصهور ساخن جدًا ولا يمكن الحفاظ عليه في هذه البيئة ، ويتواجد الصوديوم في مرحلة سائلة عند درجات حرارة منخفضة جدًا (له نقطة انصهار قريبة من نقطة غليان الماء ، ما يقرب من 100 درجة مئوية) ، ولكن هناك بعض المخاطر الخطيرة المرتبطة باستخدام الصوديوم كنظير حديد. إنه قابل للاشتعال للغاية في الهواء وهو شديد التفاعل مع الماء ، لذلك يجب اتخاذ الاحتياطات (أولاً ، تم تعطيل نظام الرش ، الماء في حالة نشوب حريق يعمل بالصوديوم سيجعل الأمور أسوأ فقط!). هذه التجربة بأكملها ، على الرغم من خطورتها ، مطلوبة لأنه لا توجد طريقة مباشرة لقياس الظروف في النواة الخارجية للأرض.
“ظروف القلب أكثر عدائية من سطح الشمس. إنها ساخنة مثل سطح الشمس ولكن تحت ضغوط شديدة للغاية. لذلك لا توجد طريقة لفحصها ، ولا توجد تقنية يمكن تخيلها للتحقيق المباشر في القلب."- دان لاثروب
يجب أن يؤدي دوران هذا المجال الثقيل إلى اضطراب مستمر في تدفق الصوديوم السائل ويؤمل 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 القطبين المغناطيسيين قد غيّرا القطبية ، وقد يؤدي دوران النموذج لفترات طويلة إلى انعكاس القطب المغناطيسي الدوري. قد يسلط اختبار الظروف في المعدن السائل الموصل بعض الضوء على ما يؤثر على هذا النمط العالمي للتحول القطبي.
تم إجراء هذا النوع من التجارب من قبل ، لكن العلماء وجهوا تدفق المعادن السائلة من خلال استخدام الأنابيب ، لكن هذا النموذج سيسمح للمعادن بتنظيم نفسه بشكل طبيعي ، مما يخلق تدفقه المضطرب الخاص به. سواء كان هذا الاختبار يولد مجالًا مغناطيسيًا أم لا ، فإنه غير معروف ، ولكن يجب أن يساعد في فهمنا لكيفية توليد المغناطيسية داخل الكواكب.
شاهد الفيديو في الإذاعة الوطنية العامة »
المصدر: الإذاعة العامة الوطنية
