Maan magneettikenttä

Wikipedia

Maan magneettikenttä on Maata ympäröivä kaksinapainen magneettikenttä. Se muistuttaa melko tarkasti magneettisen dipolin synnyttämää magneettikenttää. Maan magneettiset navat sijaitsevat lähellä maantieteellisiä napoja siten, että fysikaalisesti magneettinen pohjoisnapa sijaitsee maantieteellisellä etelänavalla ja päinvastoin. Puhekielessä magneettisella pohjoisnavalla kuitenkin yleensä tarkoitetaan sitä napaa joka sijaitsee lähellä maantieteellistä pohjoisnapaa. Kuvitteellinen akseli, joka yhdistää magneettiset navat, on noin 11,3° kallellaan maan pyörimisakseliin nähden.

Magneettikenttä suojaa Maan pintaa aurinkotuulen hiukkasilta.

Maan magneettikentän synty selitetään yleensä dynamoteorialla. Magneettikenttä ulottuu useita kymmeniä tuhansia kilometrejä avaruuteen (magnetosfääri). Sitä ja muita Maan magneettisia ilmiöitä tutkiva tieteenala on geomagnetismi.

[muokkaa] Yleispiirteitä

Maan magneettikentän magneettivuon tiheys vaihtelee alle 30 mikroteslasta yli 60 mikroteslaan. Muodoltaan se muistuttaa tankomagneetin kenttää, mutta samankaltaisuus on näennäistä. Tankomagneetin kenttä syntyy ns. alkeismagneettien tietynlaisesta suuntautumisesta raudassa (pohjimmiltaan elektronien liikkeestä), mutta Maan ydin on niin kuuma, että suuntautuminen muuttuu satunnaiseksi. Tällainen satunnaisuus saa kappaleen tavallisesti menettämään magneettikenttänsä. Siksi Maan magneettikenttä ei synny magnetoituneesta raudasta, vaan Maan sulassa ytimessä tapahtuvista varauksellisista virtauksista.

Magneettikenttä suojaa Maan pintaa varauksellisilta aurinkotuulen hiukkasilta. Vain magneettisten napojen läheisyydessä hiukkaset pääsevät lähemmäksi Maata ja synnyttävät revontulia ilmakehän hiukkasten kanssa vuorovaikuttaessaan.

[muokkaa] Magneettikentän muutokset

Maan magneettikentän navat eivät pysy paikoillaan, vaan vaeltavat useita kilometrejä vuodessa. Navat eivät ole täsmälleen vastakkaisilla puolilla maapalloa ja liikkuvat toisistaan riippumatta. Tällä hetkellä magneettinen etelänapa on kauempana etelänavasta kuin magneettinen pohjoisnapa on pohjoisnavasta. Paleomagneettisten tutkimusten avulla on päätelty, että Maan magneettikenttä vaihtaa napaisuuttaan säännöllisesti, pari kertaa miljoonassa vuodessa. Viimeisin napaisuuskäännös tapahtui noin 780 000 vuotta sitten. Vaihdoksen aiheuttavaa mekanismia ei tunneta kunnolla, mutta vaihdos ei ole äkillinen vaan saattaa kestää kymmeniä tuhansia vuosia. Napaisuuskäännöksen aikana Maan magneettikentässä saattaa olla useampia napoja.

Myös magneettivuon tiheys vaihtelee. Lyhyen aikavälin muutokset johtuvat lähinnä Auringosta, pitempiaikaiset Maan ytimen nestevirtausten muutoksista. Tällä hetkellä magneettikenttä on heikkenemässä.

[muokkaa] Geomagnetismin historiaa

Vanhin Maan magneettikenttää suunnistamisessa hyödyntävä laite on kompassi, jonka neula asettuu Maan magneettikentän suuntaisesti. Vaikka kompassi on vanha keksintö ja se tunnettiin Kiinassa jo 1000-luvulla, ajatuksen Maasta suurena magneettina esitti ensimmäisen kerran luonnontieteilijä William Gilbert vasta vuonna 1600. Hänen teoksensa De Magnete, Magneticisque Corporibus, et de Magno Magnete Tellure keskeisin väite oli magnus magnes ipse est globus terrestris, Maa itse on suuri magneetti. Gilbert teki myös kokeita Maata kuvaavalla magnetisoidulla rautapallolla eli terrellalla.

Gilbertin jälkeen Maan magneettikentästä on esitetty erilaisia malleja. Vuonna 1804 Jean Biot esitti, että se vastaa Maan keskipisteeseen ajatellun dipolimagneetin kenttää. Koska kenttä ei havaintojen perusteella kuitenkaan täysin näyttänyt noudattavan dipolimallia, teoriaa kehittivät muun muassa Edmund Halley ja Christian Hansteen olettamalla magneettisia napoja olevan useampia, neljä kappaletta. Näitä napoja ei kuitenkaan löydetty. Vuonna 1839 Carl Friedrich Gauss esitti yhä käytössä olevan mallinsa, jossa Maan magneettikenttä on esitetty erinapaisten kenttien summana. Hallitseva termi on dipolikenttä, mutta myös nelinapaisella kvadrupolikentällä ja kahdeksannapaisella oktupolikentällä (ja niin edelleen) on tietty, joskin vähäisempi vaikutus kokonaismagneettikentän muotoon.

Nykyään magneettikentän voimakkuutta ja suuntaa mitataan magneettisissa observatorioissa tai satelliittien avulla.