آیا تا به حال فكر كرده‌اید كه یك قطب نما چگونه قطب شمال را تشخیص می‌دهد؟ مطمئنا هدایت كننده‌ای وجود دارد كه بی شك میدان مغناطیسی زمین است. اما اینكه منشا و عوامل موثر این میدان چیست؟ یا لزوم آن چه می‌تواند باشد؟ سؤالاتی است كه ذهن بشر را به خود مشغول می‌دارد. اینكه با مشاهده پرندگان مهاجر كه با پیمودن صدها كیلومتر راه بدون هیچ خطا و اشتباهی به مقصد خویش می‌رسند، آیا شما را به داشتن رموز نهفته در عالم هستی فرا نمی‌خواند؟ مطمئنا دانستن موضوع به زیبایی آن خواهد افزود.

 

 

همانطور كه می‌دانید یك قطب نما، بنا به ربایش قطب های نا‌همنام، قطب مغناطیسی واقع در قطب شمال جغرافیایی را نشان می‌دهد. كه بدلیل عدم تطابق این دو قطب ملوانان و افراد دیگر كه از قطب نما برای تعیین شمال استفاده می‌كنند، بایستی این انحراف را در نظر بگیرند. اختلاف میان جهت قطب نما و شمال واقعی به magnetic declination  معروف است. این مقدار برای قسمت شرقی، شمال جغرافیایی مثبت و برای قسمت غربی آن منفی در نظر گرفته می‌شود.

بد نیست بدانیم كه یك سوزن هرگز به طور افقی قرار نخواهد گرفت مگر در استوای مغناطیسی زمین. در سایر مناطق این سوزن با راستای افق زاویه ای خواهد ساخت،(I،كه آن را عمق مغناطیسی I=90، بوده (+90' در قطب شمال و -90' در قطب جنوب) و سوزن بطور قائم می ایستد. موقعیت قطب ها كه با زمان در تغییر است در 1970s تقریبا بصورت139'E(s), 65.8's, 100'W, 76.1' N  می باشد. ما دقیقا نمی دانیم كه چرا خود زمین یك آهنرباست. شكل میدان مغناطیسی زمین شبیه میدان یك میله مغنتاطیسی قوی است كه در نزدیكی مركز زمین قرار گرفته باشد. اما زمین یك تكه كلفت مغناطیسی از آهن شبیه میله مغناطیسی نیست.

درون زمین برای اتمهای بخصوصی بسیار گرم است تا در جهات ویژه ای نگهداشته شوند. عمق جبه(mantal) صخره‌ای خارجی زمین 3000 كیلومتر می‌باشد. زیر این ناحیه بخش مایع هسته به ضخامتی در حدود 2000 كیلومتر، كه در پیرامون جامد مركزی زمین می‌باشد، قرار گرفته است. بسیاری از دانشمندان چنین فكر می‌كنند كه حركت بارها در بخش مایع هسته زمین، به وجود آورنده میدان مغناطیسی است. به خاطر اندازه بزرگ زمین، سرعت لازم برای دور زدن بارهای متحرك در داخل زمین چیزی كمتر از یك هزارم متر به ازای هر ثانیه می‌باشد. برخی دانشمندان چنین فكر میكنند كه عامل به وجود آوررنده این جریان‌ها دوران زمین می باشد. این عقیده با واقعیتی كه ذكر میشود قوت میگرد :

مشتری (JUPITER) با ده ساعت روز دارای میدان مغناطیسی بسیار قوی تر از زمین میباشد.

زهره كه هنوز دارای حركت وضعی بسیار كندی می‌باشد، بنابر اندازه گیری های سفینه تحقیقاتی بدون سر نشین (space-probe) دارای هیچ میدان مغناطیسی قابل اندازه گیری نمی‌باشد. منشا دیگر مغناطیس زمین شاید گرمایی باشد كه از هسته مركزی آن بالا می‌آید.

ممكن است این گرما عامل جریانهای انتقالی ماده مذاب در بخش مایع هسته زمین باشد. حركت الكترون ها و یونها در این ماده مذاب تولید كننده میدان مغناطیسی خواهد بود.

احتمالا تركیب چنین جریانهای انتقالی با اثرات حركت وضعی زمین تولید كننده میدان مغناطیسی زمین باشد. در تاریخ زمین شناسی تضعیف یا توقف آنی جریانهای انتقالی كه ناشی از جریان ناپایدار گرما می‌باشد، سبب افت ناگهانی میدان مغناطیسی زمین می شود. تولید مجدد گرما منجر به جریانهای انتقالی می‌شود، اما نه الزاما در همان جهت. این توضیحی است برای میدانهای مغناطیسی معكوس شده قبلی در مقایسه با آنچه كه امروز موجود است. عامل تغییر هرچه باشد، میدان مغناطیسی زمین پایدار نبوده و در دوره زمین شناختی سردر گم می‌باشد. و این از روی تجزیه و تحلیل خواص مغناطیسی لایه های صخره‌ای(rock strata) شناخته می‌شود. اتمهای آهن در حالت مذاب تمایل به هم خط شدن در جهت میدان مغناطیسی زمین دارند. وقتی اتمها منجمد می‌شوند جهت میدان مغناطیسی زمین به وسیله جهت گیری حوزه‌ها در صخره ضبط می‌شود. مغناطیس جزئی نتیجه شده با دستگاه‌های حساس قابل اندازه گیری است. با بررسی نمونه‌های صخره‌ای از لایه‌های مختلفی كه در تمام مدت زمین شناسی شكل یافته‌اند، میدان مغناطیسی زمین برای دوره های مختلف می‌تواند ترسیم شود. و این گواه بر این است كه میدان مغناطیسی زمین بارها به صفر كاهش یافته و سپس معكوس گشته است. در 5 میلیون سال گذشته این معكوس شدن 20 بار رخداده‌است. آخرین بار آن در 700000 سال گذشته بوده است. و معكوس شدن‌های قبلی در 870000 و 950000 سال گذشته می‌باشد.

مطالعات ژاپنی‌ها در زمینه معكوس شدن‌ها از روی رسوبات اعماق دریا نشان می‌دهد كه در یك میلیون سال گذشته تنها برای 10000 و 20000 سال زمینه ای آرام و غیر فعالی داشته‌ایم. نمی‌توان پیشگویی كرد كه معكوس شدن بعدی كی رخ خواهد داد چرا كه معكوس شدن‌ها روند منظمی ندارند. اما مطالعات اخیر نشان می‌دهد كه قدرت میدان مغناطیسی زمین در 100 سال گذشته 5 درصد كاهش یافته است.

لذا با لحاظ این تغییرات ممكن است در 2000 سال آینده یك معكوس شدگی دیگری داشته باشیم.

تغییرات در بادهای یونی موجب افت و خیزهای بسیار سریع اما كوچكی در میدان مغناطیسی زمین می‌شود. یون‌ها در این ناحیه به وسیله برهمكنش‌های بسیار پر انرژی پرتوهای فرابنفش و اشعه x  خورشیدی با اتمهای اتمسفر تولید می‌شوند. حركت این یون‌ها بخش كوچك اما مهمی از میدان مغناطیسی زمین را تولید می‌كنند. مشابه لایه‌های زیرین هوا یونسفر توسط بادها آشفته می‌‌گردد. تغییرات این بادها تقریبا دلیل تمامی افت و خیزهای سریع میدان مغناطیسی زمین می‌باشند. جهان سالن تیر اندازی ذرات بارداری است كه به آنها پرتو های كیهانی گفته می‌شود. این ذرات عبارتند از هسته اتم‌های لختی كه الكترون‌های خود را از دست داده‌‌اند. منشا آنها به طور قطعی مشخص نیست؛ شاید آنها ستاره‌هایی باشند كه از جوشش افتاده‌اند یا هسته‌هایی هستند كه منقبض نشده‌اند تا یك ستاره را تشكیل دهند. در هر رخدادی این‌ها با سرعت شگفت‌آوری در درون فضا سیر كرده و تشعشع كیهانی را تشكیل می‌دهند  كه برای فضانوردان خطرناك است.

خوشبختانه برای ما ها كه در سطح زمین هستیم اغلب ذرات باردار به وسیله میدان مغناطیسی زمین منحرف می‌شوند. برخی از این ذرات در نقاط بیرونی میدان مغناطیسی زمین به دام افتاده و كمر بند های تشعشعی وان آلن را تشكیل می‌دهند. كمربندهای وان آلن از دو لایه حلقوی شكل هم مركز تشكیل شده اند. حلقه داخلی در 3000 كیلومتری زمین قرار گرفته و حلقه بیرونی كه بزرگتر و عریضتر می‌باشد در 15000 كیلومتری زمین قرار می‌باشد.

فضانوردان در مسافت‌های امن‌تری كه در زیر این كمر بند‌های تشعشعی قرار می‌گیرند. اغلب ذرات باردار، پروتون‌ها و الكترون‌ها كه احتمالا از خورشید می‌آیند در كمربند بیررونی به دام می‌افتند.

طوفان‌های خورشید ذرات باردار را به صورت فواره‌های بزرگ پرتاب می‌كنند كه بسیاری از آنها تا نزدیكی زمین گذر كرده و به وسیله میدان مغناطیسی آن به دام می‌افتند. ذرات به دام افتاده در اطراف خطوط میدان مغناطیسی زمین مسیر‌های مارپیچی را طی می‌كنند و مابین قطب‌های مغناطیسی زمین و بالاتر از آن نوسسان می‌كنند. آشفتگی‌های میدان زمین به یون‌ها اجازه می‌دهد تا اعماق جو نفوذ كرده و همچون یك لامپ فلوئورسان بدرخشند. و این همان شفق قطبی زیباست ذرات به دام افتاده در كمربند داخلی احتمالا از جو زمین سرچشمه می‌گیرند. این كمر بند اكنون پوشیده از الكترون‌هایی است كه از انفجار بمب هیدروژنی در سال 1962 تولید شده‌اند. علیرغم محافظ بودن میدان مغناطیسی زمین بسیاری از پرتو‌های كیهانی بر روی زمین فرود می‌آیند. بمباران پرتو‌های كیهانی در قطب شمال بیشینه است. ذرات فرود آمده به آن نقاط از میان میدان مغناطیسی عبور نمی‌كنند بلكه نسبتا در امتداد خطوط میدان بوده و بنابراین منحرف نمی‌شوند. فرود آمدن ذرات با دور شدن از قطب‌ها كاهش یافته و در منطقه استوا به كمترین مقدار می‌رسد. در سطح دریا به هر سانتیمتر مربع در هر دقیقه یك الی سه ذره فرود می‌آید. این عدد در بالاتر از سطح دریا به سرعت افزایش می‌یابد.

لذا همچنانکه شما این مطلب را می‌خوانید پرتو‌های كیهانی به بدن شما نفوذ می‌كنند. ( و حتی زمانی كه شما این مطلب را نمی‌خوانید!)

+ نوشته شده در  چهارشنبه هفتم اردیبهشت 1390ساعت 23:51  توسط م | 
 
صفحه نخست
پست الکترونیک
آرشیو وبلاگ
عناوین مطالب وبلاگ
درباره وبلاگ

زندگی یک بازی پیچیده است که خدا آن را ترتیب داده و ما مهره های این بازی هستیم. این بازی پایانی دارد که فقط خدا از آن آگاه است ولی قوانینی نیز دارد که برای ما معلوم نیست و هدف و وظیفه ی ما در این بازی شناخت همین قوانین است. کسی که بتواند بهتر و بیشتر از سایر مهره ها این قوانین را بشناسد، جلوتر است؛ و این قوانین فیزیک نام دارد.


پیوندهای روزانه
حرفهای دل
آرشیو پیوندهای روزانه
نوشته های پیشین
خرداد 1390
اردیبهشت 1390
فروردین 1390
اسفند 1389
بهمن 1389
دی 1389
آرشیو موضوعی
فیزیک پلاسما
فیزیک پزشکی
نانوتکنولوژی و کاربردهای آن
نظریه های کیهان شناسی و اختر فیزیک
سخنان بزرگان علم فیزیک
معرفی کتابهای فیزیک
نمرات امتحانی
آشنایی با شاخه های علم فیزیک
فیزیک عمومی
 

 RSS

POWERED BY
BLOGFA.COM