Как невидимые спагетти, простирающиеся от Земли - это магнитное поле планеты. Это поле, созданное благодаря движению ядра Земли, важно для повседневной жизни: оно защищает планету от солнечных частиц, обеспечивает основу для навигации и, возможно, сыграло важную роль в эволюции жизни на Земле.
Но что произойдет, если завтра магнитное поле Земли исчезнет? Большее количество заряженных солнечных частиц будет бомбардировать планету, ставя энергетические сети и спутники на фритц и увеличивая воздействие на человека более высоких уровней вызывающего рак ультрафиолетового излучения. Другими словами, отсутствие магнитного поля будет иметь последствия, которые будут проблематичными, но не обязательно апокалиптическими, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.
И это хорошая новость, потому что уже более века она ослабевает. Даже сейчас есть особенно хрупкие пятна, такие как южноатлантическая аномалия в южном полушарии, которые создают технические проблемы для низкоорбитальных спутников.
Первое, что нужно понять о магнитном поле, это то, что, даже если оно ослабнет, оно не исчезнет - по крайней мере, не на миллиарды лет. Земля обязана своим магнитным полем своему расплавленному внешнему ядру, которое состоит в основном из железа и никеля. По словам Джона Тардуно, геофизика из Университета Рочестера, взбалтывание внешнего ядра осуществляется за счет конвекции тепла, выделяющегося по мере роста и затвердевания внутреннего ядра. (Внутреннее ядро растет примерно на миллиметр в год.)
Этот двигатель с магнитным полем, известный как динамо, пыхтел уже миллиарды лет. Ученые полагают, что нынешняя структура ядра, возможно, установилась примерно 1,5 миллиарда лет назад, согласно исследованию 2015 года, которое обнаружило скачок в силе магнитного поля в то время. Но Тардуно и его команда нашли доказательства наличия магнитного поля на Земле в древнейших минералах планеты, цирконах, датируемых 4,2 миллиарда лет, предполагая, что активность в ядре создавала магнетизм в течение очень долгого времени.
Непонятно, почему динамо было запущено, сказал Тардуно «Живой науке», хотя возможно, что огромное влияние планеты, которое создало Луну, могло быть ключевым фактором. Это воздействие, которое произошло, возможно, через 100 миллионов лет после того, как Земля объединилась, могло потрясти любое расслоение или расслоение материалов в ядре Земли: представьте, что встряхиваете бутылку масла и воды в планетарном масштабе. Это разрушение могло бы способствовать конвекции, которая все еще движет динамо Земли сегодня.
В конце концов, внутреннее ядро, вероятно, вырастет настолько большим, что конвекция во внешнем ядре перестанет действовать, и магнитное поле выйдет из строя. Но этот сценарий настолько далек, что не стоит терять много времени на сон.
«Мы говорим миллиарды лет», - сказал Тардуно.
Ослабление магнитного поля
Гораздо важнее для жизни людей то, что магнитное поле ослабевает. Ученые измеряли это ослабление непосредственно с помощью магнитных обсерваторий и спутников в течение последних 160 лет. То, что поле шаталось до этого, немного мрачнее, как и то, что он будет делать дальше. Тардуно сказал, что магнитное поле в настоящее время составляет около 80% диполярного. Это означает, что он действует в основном как стержневой магнит. Если бы вы могли поместить железные опилки вокруг планеты (и устранить влияние солнца, которое извергает постоянный поток заряженных частиц, называемых солнечным ветром, к Земле, раздувая магнитное поле вокруг, как длинные волосы на ветру), получающееся магнитное поле линии будут показывать четкие север и юг. Но 20% поля не является диполярным, что означает, что это более сложно; Есть местные вариации.
В прошлом магнитное поле изменилось, меняя север и юг. Последнее из этих изменений произошло 780 000 лет назад, в эпоху человек прямоходящий, Ослабление поля, как правило, предшествовало этим броскам, что ставило вопрос о том, неизбежен ли другой триггер. Но поле также иногда ослабевает, а затем снова усиливается, не переворачиваясь, явление, называемое экскурсией.
Тардуно и его команда обнаружили, что странный вихрь в ядре под Южной Африкой может способствовать некоторой этой слабости. Этот вихрь, по-видимому, вызывает южноатлантическую аномалию, известное слабое место в этой области, которое простирается примерно в 190 милях (300 километрах) к востоку от Бразилии через большую часть Южной Америки. В этой области заряженные частицы солнечного ветра опускаются ближе, чем обычно, к Земле. Южноатлантическая аномалия не особенно заметна на земле. Но спутники на околоземной орбите встречают там более разрушительные солнечные частицы, и астронавты, которые путешествовали через регион на Международной космической станции, сообщали о визуальных явлениях падающей звезды, которые, как считается, были вызваны относительно высокими уровнями излучения на уровне низкой орбиты Земли. ,
Земля без полей
Тардуно и его команда подозревают, что изменение мантии в Южной Африке, возможно, было отправной точкой для инверсий магнитного поля в прошлом. Хорошей новостью является то, что, даже если поле ослабевает или готовится к перевороту, оно не исчезнет; нет никаких доказательств того, что магнитное поле когда-либо полностью исчезало во время инверсии.
Даже если поле перевернется, «у нас все еще будет какое-то магнитное поле; оно будет очень слабым магнитным полем», - сказал Тардуно.
Как бы выглядел этот мир с минимальным магнитным полем? Ну, твой компас не сработает, с одной стороны. «Это просто будет указывать на самое высокое магнитное поле», - сказал Тардуно. «Это может быть очень близко к вам; это может быть очень далеко».
Северное и южное сияние было бы видно из более низких широт, потому что эти красочные шоу - результат взаимодействия заряженных частиц, сброшенных от солнца в солнечном ветре и магнитосфере Земли. В настоящее время эти полярные сияния появляются вблизи полюсов, следуя в основном линиям магнитного поля Север-Юг Земли, но более слабое поле позволит частицам проникать в атмосферу Земли, освещая небо ближе к экватору.
Условия в южноатлантической аномалии для спутников могут стать распространенными по всему земному шару, что приведет к техническим сбоям. Солнечные частицы могут пинговать электронику, разрушая части памяти в так называемых расстройствах одного события или SEU. Когда солнечные частицы взаимодействуют с заряженным слоем атмосферы Земли, называемой ионосферой, они также выбивают электроны из своих молекулярных орбит. Эти свободные электроны затем мешают передаче высокочастотных радиоволн, используемых для связи.
По словам Тардуно, взаимодействие солнечного ветра с земной атмосферой со временем может разрушить озоновый слой, что повысит уровень воздействия ультрафиолетового излучения на человечество и увеличит риск возникновения рака кожи.
«Хотя это, вероятно, не будет крайне катастрофическим для жизни, будет существовать гораздо более высокая доза облучения на земле без магнитного поля», - сказал Мартин Арчер, физик космической плазмы из Лондонского университета королевы Марии.
Существует мало доказательств того, что прошлые изменения магнитного поля повлияли на жизнь на Земле. Тем не менее, магнитное поле, несомненно, сформировало поверхность Земли, помогая удержать хрупкую атмосферу планеты от выдувания в космос неустанной силой солнечного ветра, рассказал Арчер в прямом эфире Science.
Магнитное поле не имеет решающего значения для атмосферы - Венера не имеет магнитного поля и имеет массивную, хотя и нежелательную атмосферу - но она, безусловно, действует как дополнительный защитный слой. Марс, который имел магнитное поле, но потерял его около 4 миллиардов лет назад, почти полностью лишил свою атмосферу. И если бы был какой-то способ придать Луне атмосферу, подобную Земле, солнечный ветер просто уничтожил бы ее за столетие, сказал Арчер.
