ديد کلي
اگر آهنربايي را از نقطهاي آويزان کنيم، آهنربا چرخيده و در راستاي شمال و جنوب جغرافيايي قرار مي‌گيرند. قطبي از آهنربا را که در راستاي شمال جغرافيايي قرار دارد، قطب N و ديگري را قطب S مي‌نامند. دليل رفتار اين گونه آهنربا وجود ميدان مغنا طيسي در زمين مي‌باشد.
تاريخچه
ويليام گيلبرت (willam gilbert) يکي از فيزيکدانان پيشگامي بود که اولين بار به وجود ميدان مغناطيسي زمين پي برد. وي نشان داد که اگر يک ميله آهني را در راستاي شمال و جنوب قرار داده و بر روي آن بکوبيم ميله ، آهنربا خواهد شد. او همچنين براي اثبات وجود ميدان مغناطيسي زمين يک آهنربا را درون کره‌اي قرار داد و نام ان را Terrlla ناميد که در زبان لاتيني به معناي زمين کوچک بود. گيلبرت يک قطب نما را بر روي آن حرکت داد و مشاهده نمود که وقتي قطب نما در راستاي سطح Terrlla قرار مي‌گيرد، جهت عقربه مغناطيسي آن همواره ثابت مي‌ماند، که نشانگر قرار گرفتن عقربه تحت تاثير ميدان مغناطيسي آهنرباي درون کره است.
قطب‌هاي ميدان مغناطيسي زمين
* در واقع کره زمين مانند يک آهنرباي قوي عمل مي‌کند که قطب N آن در جنوب جغرافيايي قرار دارد (که مي‌تواند قطب S آهنربا‌ها را به سمت خود منحرف کند) و قطب S آن در شمال جغرافيايي قرار دارد (که قطب N آهنربا را به سمت خود منحرف مي‌سازد).
* همه خطوط ميدان مغناطيسي در نيمکره شمالي در نقطهاي که به آن قطب جنوب مغناطيسي زمين گفته مي‌شود، به هم مي‌رسند. اين خطوط در نيمکره جنوبي در نقطهاي که به قطب شمال مغناطيسي زمين معروف است، به هم مي‌رسند.
* از آنجا که محور مغناطيسي زمين (خطي که از دو قطب مغناطيسي زمين مي‌گذرد) کاملا بر محور دوران زمين (خطي که از قطب شمال و جنوب جغرافيايي زمين مي‌گذرد) منطبق نيست، بنابراين يک عقربه مغناطيسي که در جهت مماس بر محور مغناطيسي زمين قرار مي‌گيرد، نمي‌تواند جهت شمال و جنوب جغرافيايي زمين را دقيقا تعيين نمايد.
مولفه‌هاي مشخص کننده ميدان مغناطيسي زمين
* ميل مغناطيسي:
از آنجا که خطوط ميدان مغناطيسي زمين بر سطح آن منطبق نيستند، بين شدت ميدان مغناطيسي زمين و سطح افق همواره زاويه‌اي وجود دارد، که به آن زاويه ميل مغناطيسي مي‌گويند.
* زاويه انحراف مغناطيسي:
صفحاتي که بر روي آن عقربه مغناطيسي قرار دارد، صفحه نصف النهار مغناطيسي و به زاويه بين آن و صفحه نصف النهار جغرافيايي ، زاويه انحراف مغناطيسي مي‌گويند، که مقدار آن در هر منطقه متفاوت خواهد بود. چون دريانوردان و خلبانان در مسيريابي به نصف النهار جغرافيايي احتياج دارند، لذا دانستن مقدار زاويه انحراف مغناطيسي براي آنان بسيار مهم است.
* مولفه افقي ميدان مغنا طيسي:
اگر ميدان مغناطيسي زمين به دو مولفه عمود بر هم تجزيه کنيم، مولفه افقي ميدان مغناطيس زمين حاصل مي‌شود.
جابجايي قطب‌هاي مغناطيسي زمين
دانشمندان از ديرباز مي‌دانستند که قطب‌هاي مغناطيسي زمين حرکت مي‌کنند. جيمز روس (james ross) نخستين فردي بود که محل قطب شمال را تعيين نمود. وي اين کار را در طي سفري خطرناک انجام داده بود. در سال 1904 روالد اماند سون دوباره محل قطب شمال را تعيين نمود، و متوجه شد که محل قطب شمال به اندازه 50 کيلومتر جابجا شده است. اوايل سرعت حرکت قطب 10 کيلومتر در يک سال بود ولي بعدها به 40 کيلومتر در سال رسيد.
ناهنجاري مغناطيسي زمين
وقتي انجمن زمين شناسي ايالت متحده امريکا متوجه شد که دور زدن عقربه مغناطيسي در افريقا به اندازه 0.1 درجه کم شده ، و ميدان مغنا طيسي 10 درصد از قرن نوزدهم ضعيف تر شده است. براي جرايد اين سوال پيش آمد که آيا ممکن است روزي ميدان مغناطيسي زمين از بين برود؟ پروفسور گري گلاتز ماير (gary Gratsmaier) از دانشگاه کاليفرنيا در جواب اين سوال گفت، با توجه به مطالعات مغناطيسي در زمانهاي گذشته (علم paleomagnetism) ملاحظه مي‌شود که ميدان مغناطيسي در اعصار گذشته گاهي در حال افزايش و گاهي در حال کاهش است.
در واقع امروزه کره زمين داراي بيشترين شدت ميدان مغناطيسي خود در طول تاريخ است. هرگاه در نقطهاي از کره زمين مقدار کميتهاي مغناطيسي (انحراف مغناطيسي ، ميل مغناطيسي ، مولفه افقي بردار ميدان مغناطيسي) بطور فاحشي با نقا ط مجاورش فرق کند، اصطلاحا گفته مي‌شود که ناهنجاري مغناطيسي اتفاق افتاده و احتمالا در آن نقطه از زمين مخازن ارزشمندي از سنگهاي معدن مغناطيسي مانند سنگ آهن وجود دارد. استفاده از اين روش در کشف ذخاير معدني بسيار مفيد است.
توفان مغناطيسي
معمولا مقدار سه کميت مغناطيسي در طي روز و سال تغييرات جزيي دارند. ولي گاهي اوقات در ميدان مغناطيسي ، در نتيجه در مولفه‌هاي آن (سه کميت) به مدت 6 يا 12 ساعت تغييرات ناگهاني رخ مي‌دهد، که اصطلاحا به آن توفان مغناطيسي مي‌گويند. اين توفانها معمولا هر 11.5 سال تکرار مي‌شوند. جالب توجه است که پديده‌هايي مانند شفقهاي قطبي و لکه‌هاي خورشيدي و انتشار امواج راديويي نيز داراي دوره‌هاي 11.5 ساله هستند، که نشان دهنده ارتباط بين آنها است.
کمربند تشعشعي وان آلن
هرگا ه ذره بارداري در ميدان مغناطيسي زمين قرار گيرد، بر آن ذره نيرويي وارد مي‌شود، که به نيروي لورنتس معروف است. مي‌دانيم که در نتيجه اندرکنش هسته‌اي درون خورشيد و طوفانهاي خورشيدي ، بطور مداوم ذرات پر انرژي با سرعت 500 کيلومتر بر ثانيه در فضا گسيل مي‌شوند. اين موضوع سبب مي‌شود که سيلي از اين ذرات به سمت زمين بيايند و در دام حوزه‌هاي مغناطيسي آن بيافتند. از آنجا که در قطبين ، شدت ميدان مغناطيسي بيشينه است، نيروي لورنتس وارد بر ذرات بنيادي بسيار بزرگ است. اگر يک گروه پروتون يا الکترون بطور عمود وارد ميدان مغناطيسي شوند، از طرف ميدان بر اين ذرات يک نيروي عمودي و جانب مرکز به نام نيروي لورنتس وارد خواهد شد، که سبب حرکت دوراني آنها مي‌شود.
در اثر اين نيرو ذرات در يک مسير دوراني به شعاع r شروع به حرکت مي‌کنند و مسير حرکت آنها حول خطوط ميدان مغناطيسي زمين خواهد بود. بنابراين تعداد بيشماري ذره در حوزه‌هاي قطبي زمين در رفت و آمد هستند. و چون در قطبين مانند سا ير نقا ط مختلف زمين هوا موجود است، به مولکولهاي هوا برخورد مي‌کنند. اين ذرات چون حامل انرژيهاي زيادي هسند، با جذب مولکولهاي هوا ، آنها را يونيزه کرده و ذرات جديد و پرتوهاي گاما توليد مي‌کنند، و ما نقاط درخشاني را در قطب مشاهده خواهيم کرد، که به آن کمربند تشعشعي وان آلن گفته مي‌شود.
منشا ميدان مغناطيسي زمين
در قلب سياره ما گلوله سخت و يکپارچه‌اي از آهن وجود دارد که به اندازه سطح خورشيد داغ است و به آن هسته زمين مي‌گوييم. اقيانوسي از آهن مايع دور هسته دروني وجود دارد که به آن هسته خارجي مي‌گويند. محققان منشا ميدان مغناطيسي را هسته خارجي مي‌دانند که لايه عميقي از آهن مايع است و به دور هسته مي‌گردد. در واقع هسته خارجي مانند آب روي اجاق ، بر روي هسته داخلي در جوش و خروش است. از طرفي اثر نيروي کوريوليس دوران زمين ، درون هسته خارجي ايجاد طوفان و گرداب مي‌کند. مجموع اين حرکتها است که ميدان مغناطيسي سياره زمين را بوجود مي‌آورد.
منبع:http://www.academist.ir/خ