Pohyb zemského magnetického pólu

Václav Andrš, Petr Kulhánek, 6. února 2006

Magnetické pole ZeměZemě – je největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 0,4 TPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. vzniká v horké a tekuté vrstvě vnějšího jádra Země a má v blízkosti Země přibližně dipólový charakter. Na větších vzdálenostech je pole deformováno slunečním větrem do charakteristické rázové vlny na denní straně a magnetického ohonu na straně noční. Směr magnetické osy pólu se dosti odlišuje od osy rotace Země. Poloha severního magnetického pólu podléhá denním i dlouhodobým variacím a v poslední době se rychle přesouvá ze severní Kanady směrem k Sibiři.

Trocha historie

Polohu zemského magnetického pólu určovala řada cestovatelů, dobrodruhů a vědců. Polohu pólu lze vystopovat z historických záznamů bez obtíží v posledních 400 letech. První seriozní vědecké měření provedl v roce 1831 polární badatel James Clark Ross (1800-1862). Dostal se do těsné blízkosti magnetického pólu, který tenkrát byl na západním pobřeží ostrova Boothia Penninsula v severní Kanadě. Další významné zjištění polohy magnetického pólu pochází od cestovatele Roalda Amundsena, který se v roce 1903 vydal z Norska tzv. severozápadní cestou a určil polohu pólu. Po druhé světové válce se určením přesné polohy magnetického pólu zabývali kanadští vědci Paul Serson a Jack Clark. Magnetický pól tehdy nalezli na ostrově Prince z Walesu u jezera Allen Lake. Další pozorování kanadských vědců z let 1962, 1973 a 1994 ukázala, že se střední poloha pólu přesunuje k severu rychlostí 10 kilometrů za rok. Z měření v posledních deseti letech vyplynula dokonce hodnota pohybu pólu 15 kilometrů za rok, což je 1 500 kilometrů za století!

Poloha severního magnetického pólu. Červená křivka je podložena
vědeckými měřeními, modrá je rekonstrukcí z historických záznamů.

Pokud chceme vystopovat polohu pólu do vzdálenější minulosti, je možné zkoumat některé zmagnetované horniny (magnetit) nebo sedimenty na dně jezer, u kterých je možné přesně datovat dobu jejich vzniku. Takový výzkum nyní provádí Joseph Stoner se spolupracovníky z Oregonské státní univerzity.

Krátkodobé variace

Ve všech měřeních jde o střední polohu magnetického pólu ZeměZemě – je největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 0,4 TPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru.. Magnetický pól na povrchu Země v průběhu dne opisuje nepravidelnou elipsu, která mění polohu pólu až o 80 kilometrů. Je to způsobeno zejména interakcí zemského magnetického pole se slunečním větremSluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je pouhých 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v m³. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země.. Pokud je magnetický pól na denní straně, odkud sluneční vítr přilétá, je situace zcela jiná, než když se nachází na noční straně v oblasti magnetického ohonu magnetosféryMagnetosféra – oblast magnetického vlivu naší Země. Dipólové magnetické pole je vytvářeno v jádru Země elektrickými proudy o řádové hodnotě 10⁹ A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféra je přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru.. Při zvýšené sluneční aktivitě je pohyb polohy pólu značně chaotický a lze zaznamenat i mnohem větší rozkmity. Proto se vždy udává poloha pólu středovaná za několik dní.

Denní pohyb magnetického pólu

Roční pohyb

Po asi 400 letech relativní stability se během minulého století střední poloha severního magnetického pólu posunula asi 1 100 km směrem do Severního ledového oceánu. Touto rychlostí by se mohl pól přesunout ze Severní Kanady k Sibiři v polovině tohoto století. Pokud se tak stane, Aljaška přijde o jeden ze svých největších fenoménů – polární záře. Překvapivě rychlý pohyb magnetického pólu v posledním desetiletí nemusí znamenat, že naše planeta prochází změnou ve velkém měřítku. Může jít o součást střednědobých kmitů a může se stát, že se poloha pólu přesune zpět směrem ke Kanadě. Jisté je jen to, že v současné době se magnetický pól přesouvá zcela výjimečnou rychlostí 15 km za rok směrem na sever. Poznamenejme, že ani střed magnetického dipólu není v centru Země, ale přibližně 500 km od středu a přesouvá se rychlostí 2,6 km/rok ve směru  18,3° SŠ, 147,8° VD.

Dlouhodobé variace

Z hlediska dlouhodobých variací magnetického pole je nejvýznamnější překlápění magnetického pole Země. K poslednímu přepólování došlo před 780 000 lety. Odhaduje se, že samotný proces přepólování může trvat kolem tisíce let. V průběhu tohoto období může být narušena přirozená ochrana Země magnetickým polem před nabitými částicemi z vesmíru. Vzhledem k tomu, že ale podobný proces proběhl v minulosti mnohokrát, neměl by mít na biosféru nějaký katastrofický vliv. V současné době hodnota magnetického dipólového momentu Země pomalu klesá podle následující tabulky:
 

Výzkum magnetického pole Země a polohy magnetických pólů má velký význam. Nabité částice pronikají polárními kaspyPolární kasp – trychtýřovitá oblast v blízkosti magnetických pólů planety, kterou pronikají jako obrovským vírem nabité částice do atmosféry. Název pochází z anglického „cusp“ (roh, cíp). právě do oblasti pólů, kde mohou silně narušovat magnetické pole. Vznikající magnetické bouře mohou ohrozit rozvodné sítě, telekomunikační technologie i mít vliv na biosféru. Kanadští vědci proto usilovně zkoumají současné nebývale rychlé přesuny severního magnetického pólu.

BONUS: Zvuk „AKR“

AKR (Auroral Kilometric Radiation) – aurorální kilometrové záření. Jde o radiové emise spojené s polárními zářemi. Polární záře jsou způsobeny elektrony slunečního větru, které se pohybují podél magnetických silokřivek k Zemi. Energetické elektrony vybudí elektrony v atomárních obalech atmosféry, které potom září. Současně vznikají charakteristické nízkofrekvenční radiové vlny v kilometrové oblasti s frekvencí 100÷500 kHz. Nahrávka AKR byla pořízena družicemi Cluster a převedena na zvukovou frekvenci na Univerzitě v Iowě. Obdobné emise AKR byly zaznamenány na Jupiteru, Saturnu i Uranu.

Odkazy