Maan magneettikenttä on melkoinen mysteeri. Miten se syntyy? Miten se pysyy niin vakaana? Olemme tienneet Maan magneettikentästä satoja vuosia, ja nöyrä kompassi on kertonut meille magneettisen pohjoisnavan suunnan 1100-luvulta lähtien. Eläimet käyttävät sitä navigointiin ja olemme kasvaneet riippuvaisiksi sen olemassaolosta samasta syystä. Lisäksi magnetosfääri antaa meille tehokkaan suojan pahinta aurinkomyrskyä vastaan. Silti meillä on vielä vähän käsitystä mekanismeista, jotka synnyttävät tämän kentän syvällä maan ytimessä. Marylandin yliopiston geofyysikko on rakentanut laboratorioonsa oman maapallon, joka tulee pyörimään (mukaan lukien nestemäinen metalli) vuoden loppuun mennessä saadakseen erityisen käsityksen suuresta planeetan magneettikentästä. vuosi…
Tämä tarina tuo mieleen norjalaisen Kristian Birkelandin 1800-luvun vaihteessa tekemän klassisen kokeen. Yrittääkseen ymmärtää dynaamista Aurora Borealis (revontulet) Birkeland osoitti kokeellisesti, että sähkövirrat voivat virrata pitkin magneettisia kenttälinjoja (alias Birkeland tai 'kenttäsuuntaiset' virrat,kuvassa vasemmalla). Tämä voidaan havaita luonnossa, kun aurinkotuulen varautuneet hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa Maan magnetosfäärin kanssa ja ohjataan sitten alas Maan magneettinapoille. Kun hiukkaset virtaavat ylempään polaariseen ilmakehään, ne törmäävät ilmakehän kaasuihin, jolloin syntyy värikäs valonäyttö, jota kutsutaan auroraiksi. Tämä varhainen koe simuloi kuitenkin magneettikenttää; se ei mallintanut sitä, miten maapallo sen luo alun perin.
Nyt Marylandin yliopiston laboratoriossa geofyysikko Dan Lathrop etsii tätä mysteeriä rakentamalla oman mittakaavan versionsa maapallosta (kuvassa oleva toppi). Malli on asennettu laitteeseen, joka pyörittää halkaisijaltaan 10 jalkaa olevan pallon ekvatoriaaliseen nopeuteen 80 mailia tunnissa. Simuloimaan maan sulaa ulkoydintä Lathrop täyttää pallon sulalla metallilla. Koko tavara painaa 26 tonnia.
Tämä on Lathropin kolmas yritys luoda pienoismalli Maan magneettikentästä. Kaksi viimeistä yritystä olivat paljon pienempiä, joten tämän suuren kokeilun täytyi rakentaa yritys, joka oli enemmän tottunut raskaan teollisuuden laitteiden suunnitteluun.
Uskotaan, että Maan sulan ulkoytimen, joka alkaa 2000 mailia maankuoren alapuolelta, syntyy globaali magneettikenttä. Tämä 'dynamo-ilmiö' syntyy jollain tavalla pyörteisen nestemäisen rautavirran (joka on erittäin johtava) vuorovaikutuksessa planeetan pyörimisen kanssa. Lathropin mallissa hän käyttää toista johtavaa nestemäistä metallia, natriumia. Sula rauta on liian kuumaa säilyäkseen tässä ympäristössä, natriumia on nestefaasissa paljon alhaisemmissa lämpötiloissa (sen sulamispiste on lähellä veden kiehumispistettä, lähes 100 °C), mutta siihen liittyy joitain vakavia vaaroja. käyttämällä natriumia rautaanalogina. Se on erittäin herkästi syttyvä ilmassa ja reaktiivinen veden kanssa, joten varotoimia on ryhdyttävä (yhden tapauksessa sprinklerijärjestelmä on poistettu käytöstä, vesi natriumpolttoaineen syttyessä vain pahentaa tilannetta!). Tämä koko kokeilu, vaikka se onkin riskialtista, vaaditaan, koska ei ole suoraa tapaa mitata maan ulkoytimen olosuhteita.
'Ytimen olosuhteet ovat vihamielisemmät kuin auringon pinnalla. Se on yhtä kuuma kuin auringon pinta, mutta erittäin korkeissa paineissa. Joten ei ole mitään keinoa tutkia sitä, ei kuviteltavissa olevaa tekniikkaa suoraan ytimen tutkimiseen.”- Dan Lathrop
Tämän raskaan pallon pyörittämisen pitäisi aiheuttaa jatkuvaa turbulenssia nestemäisen natriumin virtauksessa ja toivotaan, että magneettikenttä voidaan kehittää. On monia arvoituksia, joita tämä kokeilu toivoo ratkaisevan, kuten magneettisen napasiirron takana oleva mekaniikka. Kautta maapallon historian on saatu näyttöä siitä, että magneettiset navat ovat vaihtaneet napaisuutta, mallin pitkittynyt pyöriminen voi aiheuttaa säännöllisen magneettisen navan kääntymisen. Olosuhteiden testaaminen johtavassa nestemäisessä metallissa saattaa valaista sitä, mikä vaikuttaa tähän globaaliin napasiirtomalliin.
Tällaisia kokeita on tehty aiemminkin, mutta tutkijat ovat ohjanneet nestemäisen metallin virtausta putkien avulla, mutta tämä malli mahdollistaa metallin luonnollisesti organisoituvan luoden oman turbulenttisen virtauksensa. Ei tiedetä, synnyttääkö tämä testi magneettikentän vai ei, mutta sen pitäisi auttaa ymmärtämään, kuinka magnetismi syntyy planeettojen sisällä.
Katso video Kansallisradiosta »
Lähde: Kansallinen julkinen radio