Jordens magnetfelt

Jordens magnetfelt er et magnetfelt, som har sydpol et stykke fra jordens geografiske nordpol – og som har nordpol et stykke fra jordens geografiske sydpol. Det er grunden til, at et kompas' nordpol nålende peger mod den magnetiske sydpol et stykke fra den geografiske "nordpol" – og at en kompasnåls sydpol peger mod den magnetiske nordpol et stykke fra den geografiske "sydpol".^[2]

Jordens magnetosfære skærmer jordens overflade mod solvindens og især store solstormes ladede partikler. Magnetosfæren er trykket på dagssiden af jorden og udvidet på natsiden. (Illustrationen er ikke skalatro)

Den mørke kurve viser Jordens temperatur gennem 100.000 år. Den røde kurve viser styrken af Jordens magnetfelt gennem 82.000 år

I Jordens magnetosfære opkoncentreres elektrisk ladede partikler i 2 strålingsbælter, som er næsten symmetriske, når set mod eller fra Solen – og stærkt asymmetriske, når set fra et punkt langs tangenten til jordens sted på jordbanen. Strålingsbælterne kaldes indre Van Allen strålingsbælte og ydre Van Allen strålingsbælte. Strålingsbælterne slingrer lidt gennem døgnet pga. linje vinkelforskellen mellem de geografiske nord/syd-poler hvorom jorden roterer og de magnetiske nord-/syd-poler.

Van Allen bælte tværsnit set mod eller fra Solen. De ladede partikler spiralerer op og ned mellem den magnetiske nordpol og sydpol inden i bælterne.^[1]
**Øverst**: Proton koncentrationer på op til 0,4*10^6 partikler/cm²/s med E>10MeV.
**Nederst**: Elektron koncentrationer på op til 10^6 partikler/cm²/s med E>0.5MeV.

Det vides ikke hvordan jordens magnetfelt dannes, men en af teorierne er at den skyldes bevægelse af smeltet elektrisk ledende stoffer indeni jorden.^[3]

Magnetfeltets vekselvirkning med solvinden

Sydlys (aurora australis) som optaget af NASA's IMAGE satellit d. 11. september 2005, digitalt lagt over billedet af Jorden.

Samtidig optagelse af sydlys og nordlys, som viser at de normalt forekommer samtidigt.

Uddybende artikel: Jordens magnetosfære

Uddybende artikel: Jordens atmosfære

Jordens magnetfelt beskytter os mod elektrisk ladede partikler fra rummet. Hvis jorden ikke var omgivet af et magnetfelt og en atmosfære, ville partikelstråling fra rummet og solen i højere grad ramme os.^[4]

Langt de fleste ladede partikler som rammer jordens atmosfære, gør det i det ringformede områder med ringcenter typisk 15–25° fra jordens magnetiske poler. (ikke jordens geografiske poler).^[5]^[6] Se illustrationerne. De ladede partikler kommer mest fra Van Allen-bælterne, når de slår ned i atmosfæren og bl.a. laver polarlys (fællesnavn for nordlys og sydlys). Grunden til at de ladede partikler mest kommer fra Van Allen-bælterne, skyldes Jordens magnetfelts afbøjning af de ladede partikler, hvoraf langt de fleste kommer fra solen via solvinden. I Van Allen-bælterne spiralerer de ladede partikler fra pol til pol.^[1]

Historisk

I 2024 blev det via en gammel sedimentær bjergart; båndet jernformation i Grønland, opdaget af forskere ved University of Oxford og MIT, at jordens magnetfelt har været stærk fra i hvert fald 3,7 milliarder år siden. Jordens magnetfelt har derfor også dengang kunnet beskytte liv mod solvinden, soludbrud og kosmisk stråling.^[7]

Jordens polskiftninger

Jordens magnetiske poler bytter plads (magnetisk reversering eller polskifte) med et tidsmæssigt interval på nogle hundrede tusinde år. Sidst det skete var for 720.000 år siden, hvilket er en forholdsvis lang periode set i forhold til dem, der indtraf tidligere, og som oftest har ligget på gennemsnitligt cirka 250.000 år.^[4]

Når dette sker, kan man opleve polarlys overalt på kloden, afhængigt af hvor de magnetiske poler befinder sig. Man regner med, at en magnetisk reversering sker (fra begyndelse indtil den er fuldført) på omkring 1000 år. De magnetiske polers hastige bevægelse sammenholdt med magnetfeltets hurtige svækkelse netop i disse år har fået en del forskere til at spekulere på, om en magnetisk reversering er nært forestående, og at en sådan måske vil finde sted i løbet af 100 til 1.200 år. Men ikke alle forskere er enige. Jordens magnetiske poler har altid bevæget sig, og styrken har altid varieret, uden at en magnetisk reversering altid har været resultatet.

Magnetisk reversering sker i perioder, hvor Jordens magnetfelt er meget svagt, hvilket vil sige kun nogle få procent af middelstyrken. I disse perioder vil uv-, beta-, alpha- og gamma-stråler lettere trænge igennem magnetosfæren. Dette vil medføre, at hyppigheden af kræft vil være stigende. Årsagen til en magnetisk reversering eller polernes (feltets) bevægelse er ukendt og spekulationerne mange.

I øvrigt er kendetegnene for en magnetisk svag periode også, at der opstår 2 magnetiske nord- og sydpoler, og noget tyder ligefrem på, at der kan opstå 4 af hver slags. Man kan sige, at Jordens magnetfelt gennemgår perioder, hvor det nærmest helt opløses/udviskes. Årsagen til dette er også ukendt. Der arbejdes i disse år heftigt på at forstå de mange uforståede sammenhænge herunder også årsagen til den store magnetosfære anomali (den sydatlantiske anomali) og årsagen til de mange skorpe anomalier fx en af Jordens største, der befinder sig i det centrale Afrika.

Hertil kommer så et tydeligt men uforklarligt sammenfald mellem på den ene side Jordens magnetiske styrkevariation, og på den anden side Jordens globale temperaturvariation. Den magnetiske kurve følger langsomt (tungt) temperaturkurven. Dette sammenfald ses tydeligt på en kurve, der strækker sig navnlig over de sidste 100.000 år. Heller ikke dette er det indtil nu lykkedes at sammenkæde på en måde, der giver mening. Dog er det nævneværdigt, at ny dansk forskning (ledet af den danske forsker Henrik Svensmark) viser, at solvindens intensitet med god ret kan mistænkes for at være årsag til den globale temperaturvariation. Samtidig ved vi, at solvinden (solstorme) også periodevis har potentialet til at øge Jordens magnetiske styrke. Dog har disse magnetiske ’bidrag’ (i det korte tidsrum, satellitmålinger har fundet sted) ikke været af permanent karakter. Ud over solvindens intensitetsvariation er der så langt ingen andre tænkelige årsager, der blot hypotetisk har kunnet sandsynliggøre årsagen til dette hidtil uforståelige sammenfald. Vi står derfor samlet set over for et noget kaotisk og usammenhængende årsag-virkning-billede.

Det sidste nye på hele denne front er, at de bevægelser, man mener sker i Jordens indre, ser ud til at ske langt hurtigere end hidtil antaget. Dette bygger på data fra 9 års målinger fra HC Ørsted satellitten, som viser at forholdsvis store lokale områders magnetfelts variation sker forbavsende hurtigt.

Satellit-missionen Swarm

DTU Space står i spidsen for et internationalt samarbejde omkring satellit-missionen Swarm. Dette er en konstellation af 3 satellitter, som det europæiske rumagentur, ESA, opsender i 2009. Det sker for at få et præcist billede over magnetfeltet, fordi man derved bedre kan skille bidragene fra kilderne (geodynamoen, skorpen, magnetosfæren og ionosfæren) fra hinanden. Det kan man gøre, hvis man måler magnetfeltet samtidigt fra flere forskellige steder i rummet med en ”sværm” (swarm) af satellitter. Undersøgelser har vist, at det optimale resultat opnås med en konstellation af tre satellitter. To af dem (Swarm A og B) skal flyve ved siden af hinanden med en afstand på mindre end 150 km, mens den tredje satellit (Swarm C) skal flyve i en højere bane.

Ørsted-satellitten

Uddybende artikel: Ørsted-satellitten

Ørsted-satellitten er den første danske satellit. Den er på størrelse med en ølkasse og vejer kun 62 kg. Ørsted skal måle jordens magnetfelt så nøjagtigt som aldrig før. Ørsted er sendt op med en amerikansk raket. Det har ikke kostet danskerne noget. Amerikanerne får til gengæld adgang til satellittens målinger.

Kilder/referencer

^ ^a ^b March 8, 2005, NASA: NASA Finds Lightning Clears Safe Zone in Earth's Radiation Belt Citat: "...Because the radiation belt particles are electrically charged, they respond to magnetic forces. The particles spiral around the Earth's magnetic field lines, bouncing from pole to pole where the planet's magnetic field is concentrated..."
^ fysikleksikon.nbi.ku.dk: Magnetisk nord- og sydpol Citat: "...En kompasnål er en lille stangmagnet, der kan dreje sig og rette sig ind efter et ydre magnetfelt. Den vil indstille sig rettet langs feltet, så dens nordpol peger i feltets retning, dvs. mod det ydre felts sydpol. Det er altså Jordens magnetiske sydpol, der ligger i nærheden af den geografiske nordpol...", backup
^ rummet.dk: Hvordan dannes jordens magnetfelt? Citat: "...en dag i dag lidt af en gåde, hvordan Jordens magnetfelt dannes...Er der så en gigantisk stangmagnet inde i Jorden? Nej, det er der helt sikkert ikke, for inde i Jorden er der så varmt – temperaturen er over den kritiske værdi, vi kalder Curie-temperaturen – så intet materiale derinde kan være magnetisk...Det magnetiske felt dannes sandsynligvis ved elektriske strømme i den flydende, ydre del af Jordens jern-nikkel-kerne. Det smeltede metal bevæger sig med op til 20 km om året. Når det elektrisk ledende metal bevæger sig i magnetfeltet, vil det generere et nyt magnetfelt. Denne selvforstærkende effekt kaldes geodynamoen...", backup
^ ^a ^b 20 juni 2008, videnskab.dk: Jordens magnetfelt ændrer sig lynhurtigt Citat: "...»Så længe man opholder sig på Jordens overflade, er en polvending dog ikke farlig. Jordens atmosfære virker nemlig som en buffer, der absorberer en stor del af strålingen. Derfor vil størstedelen af strålingen ikke nå ned til os,« siger Nils Olsen...Siden tidernes morgen har Jordens poler byttet plads i gennemsnit hvert 250.000 år. Det er imidlertid 780.000 år at sidste polvending fandt sted...", backup
^ icelandontheweb.com: Northern Lights – Aurora Borealis in Iceland, Land of the Sagas Citat: "...Auroras can be seen in auroral belts that form 20–25 degrees around the geomagnetic poles, both the north and the south...", backup
^ visittromso.no: Where and when can you see the Northern Lights? Citat: "...The oval in the Northern Hemisphere, the Northern Lights Oval, is centred at around 65 °N with a width of around 10 degrees. The oval expands when Northern Lights activity is at its strongest...The Southern Lights (aurora australis) is the identical opposite of the Northern Lights and can be seen in an equivalent zone in the Southern Hemisphere...", backup
^ April 24, 2024, scitechdaily.com: 3.7 Billion Years Old: Oldest Undisputed Evidence of Earth’s Magnetic Field Uncovered in Greenland, backup: Citat: "...A collaborative study by the University of Oxford and MIT has uncovered a 3.7-billion-year-old magnetic field record from Greenland, demonstrating that Earth’s ancient magnetic field was as strong as it is today, crucial for protecting life by shielding against cosmic and solar radiation...During Earth’s early formation, the solid inner core had not yet formed, leaving open questions about how the early magnetic field was sustained. These new results suggest the mechanism driving Earth’s early dynamo was similarly efficient to the solidification process that generates Earth’s magnetic field today...This allowed the researchers to build a clear body of evidence supporting the existence of the magnetic field 3.7 billion years ago..."

Se også

Eksterne henvisninger

Wikimedia Commons har flere filer relateret til Jordens magnetfelt
Jordens magnetfelt ændrer sig lynhurtigt Arkiveret 22. september 2008 hos Wayback Machine
Den Sydatlantiske Anomali Arkiveret 14. september 2008 hos Wayback Machine
2 November 2007, BBC News: Digital magnetic map goes global Citat: "...The first global map of magnetic peculiarities – or anomalies – on Earth has been assembled by an international team of researchers..."

[NASA-1] March 8, 2005, NASA: NASA Finds Lightning Clears Safe Zone in Earth's Radiation Belt Citat: "...Because the radiation belt particles are electrically charged, they respond to magnetic forces. The particles spiral around the Earth's magnetic field lines, bouncing from pole to pole where the planet's magnetic field is concentrated..."

[2] ysikleksikon.nbi.ku.dk: Magnetisk nord- og sydpol Citat: "...En kompasnål er en lille stangmagnet, der kan dreje sig og rette sig ind efter et ydre magnetfelt. Den vil indstille sig rettet langs feltet, så dens nordpol peger i feltets retning, dvs. mod det ydre felts sydpol. Det er altså Jordens magnetiske sydpol, der ligger i nærheden af den geografiske nordpol...", backup

[magnetfelt-3] rummet.dk: Hvordan dannes jordens magnetfelt? Citat: "...en dag i dag lidt af en gåde, hvordan Jordens magnetfelt dannes...Er der så en gigantisk stangmagnet inde i Jorden? Nej, det er der helt sikkert ikke, for inde i Jorden er der så varmt – temperaturen er over den kritiske værdi, vi kalder Curie-temperaturen – så intet materiale derinde kan være magnetisk...Det magnetiske felt dannes sandsynligvis ved elektriske strømme i den flydende, ydre del af Jordens jern-nikkel-kerne. Det smeltede metal bevæger sig med op til 20 km om året. Når det elektrisk ledende metal bevæger sig i magnetfeltet, vil det generere et nyt magnetfelt. Denne selvforstærkende effekt kaldes geodynamoen...", backup

[lynhurtigt-4] 20 juni 2008, videnskab.dk: Jordens magnetfelt ændrer sig lynhurtigt Citat: "...»Så længe man opholder sig på Jordens overflade, er en polvending dog ikke farlig. Jordens atmosfære virker nemlig som en buffer, der absorberer en stor del af strålingen. Derfor vil størstedelen af strålingen ikke nå ned til os,« siger Nils Olsen...Siden tidernes morgen har Jordens poler byttet plads i gennemsnit hvert 250.000 år. Det er imidlertid 780.000 år at sidste polvending fandt sted...", backup

[5] theweb.com: Northern Lights – Aurora Borealis in Iceland, Land of the Sagas Citat: "...Auroras can be seen in auroral belts that form 20–25 degrees around the geomagnetic poles, both the north and the south...", backup

[6] visittromso.no: Where and when can you see the Northern Lights? Citat: "...The oval in the Northern Hemisphere, the Northern Lights Oval, is centred at around 65 °N with a width of around 10 degrees. The oval expands when Northern Lights activity is at its strongest...The Southern Lights (aurora australis) is the identical opposite of the Northern Lights and can be seen in an equivalent zone in the Southern Hemisphere...", backup

[7] April 24, 2024, scitechdaily.com: 3.7 Billion Years Old: Oldest Undisputed Evidence of Earth’s Magnetic Field Uncovered in Greenland, backup: Citat: "...A collaborative study by the University of Oxford and MIT has uncovered a 3.7-billion-year-old magnetic field record from Greenland, demonstrating that Earth’s ancient magnetic field was as strong as it is today, crucial for protecting life by shielding against cosmic and solar radiation...During Earth’s early formation, the solid inner core had not yet formed, leaving open questions about how the early magnetic field was sustained. These new results suggest the mechanism driving Earth’s early dynamo was similarly efficient to the solidification process that generates Earth’s magnetic field today...This allowed the researchers to build a clear body of evidence supporting the existence of the magnetic field 3.7 billion years ago..."

[2]

[1]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]