مالذي يحمي الأرض من الجسيمات المشحونة القادمة من الشمس

الغلاف المغناطيسي .

يحمي الغلاف المغناطيسي كوكب الأرض من الإشعاع الشمسي والجسيمات الكونية الضارة، حيث تخلق المغناطيسية الداخلية للأرض منطقة حول الكوكب تُعرف باسم الغلاف المغناطيسي، ورغم أن العديد من الكواكب في نظامنا الشمسي بها أغلفة مغناطيسية، لكن الأرض لديها أقوى واحد من جميع الكواكب الصخرية.

والجدير بالذكر، أن الحياة على الأض قد تطورت في البداية ولا تزال مستمرة، تحت حماية تلك البيئة المغناطيسية، حيث يحمي الغلاف المغناطيسي، كوكبنا من الجسيمات الضارة، بالإضافة إلى تآكل الغلاف الجوي بفضل الرياح الشمسية، والتدفق المستمر للجسيمات المشحونة والمتدفقة من الشمس.

يعد الغلاف المغناطيسي الخاص بنا هو جزء من نظام ديناميكي مترابط، يستجيب لظروف الشمس والكواكب والنجوم، ويبدأ الغلاف المغنايسي في أعماق الأرض، نظرًا لأن الحديد المنصهر، والمشحون كهربائيًا يتدفق بعيدًا عن سطح الأرض، داخل اللب الخارجي للكوكب، فإنه يولد مجالًا مغناطيسيًا كبيرًا بما يكفي لتمتد بعيدًا عن الفضاء على الجانب المواجه للشمس من الأرض، حيث يتم ضغط المجال المغناطيسي بواسطة القصف المستمر للرياح الشمسية.

يمتد الغلاف المغناطيسي لنصف قطر الأرض بحوالي 6 إلى 10 أضعاف، وتدرس وكالة ناسا الغلاف المغناطيسي لفهم دوره في بيئتنا الفضائية بشكل أفضل، ومن خلال تلك الدراسة يمكننا  فهم طبيعة الفضاء في جميع أنحاء الكون بشكل أفضل، بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون لطقس الفضاء داخل الغلاف المغناطيسي، آثارًا سلبية في بعض الأحيان على تكنولوجيا الفضاء وكذلك على أنظمة الاتصالات مثل الراديو. [1]

تكوين الغلاف المغناطيسي

يتكون الغلاف المغناطيسي من تفاعل الرياح الشمسية مع المجال المغناطيسي للأرض، حيث يتم إنشاء المجال المغناطيسي للأرض من كتلة الحديد المنصهر قي اللب الخارجي للأرض، مما ينتج عنه تيارات كهربائية قوية، حيث تتجه هذه التيارات حول خطوط المجال المغناطيسي بين القطبين التي تمتد إلى ما وراء الغلاف الجوي للأرض.

ويمكن تصور الغلاف المغناطيسي كخطوط مجال مغناطيسي ينتجها قضيب مغناطيسي عملاق بنهايات مشحونة بشكل معاكس، وتكون مائلة بحوالي 11 درجة من محور دوران الأرض، حيث يقع أحد الأقطاب المغناطيسية في شمال كندا، ويقع القطب الآخر في انتاركتيكا، ويمتد المجال المغناطيسي فوق القطبين بعيدًا في الفضاء، ويحمي الأرض من العديد من الجسيمات المشحونة بالطاقة القادمة من الشمس والمصادر البعيدة في المجرة.

يحمي الغلاف المغناطيسي الغلاف الجوي، حيث ينحرف الغلاف المغناطيسي عن الكثير من الجسيمات الشمسية والطاقة التي تتدفق نحو الأرض في جميع الأوقات، وبدون الغلاف المغناطيسي، سيتدهور الغلاف الجوي للأرض بسبب القصف المستمر للرياح الشمسية، كما أنه يجمينا من الأشعة فوق البنفسجية الضارة ويحتجز الحرارة، ولذا فبدون الغلاف المغناطيسي لن تكون الحياة على الأرض ممكنة.

تخترق بعض الرياح الشمسية وتصبح محاصرة في الغلاف المغناطيسي، وتدخل البلازما أو الغاز المشحون للغلاف المغناطيسي من خلال فتحات على شكل قمع عند القطبين، مما ينتج عنه شفق ملون يحيط بالأقطاب المغناطيسية.

وخلال فترات النشاط الشمسي المتزايد ممكن أن يؤدي الطقس الفضائي القاسي إلى إلحاق الضرر برواد الفضاء، وإتلاف الأقمار الصناعية، وتعطيل أنظمة الاتصالات التي تدور حول الأرض، ويمكن أن يؤدي الطقس الفضائي أيضًا إلى إتلاف شبكات الطاقة على سطح الأرض، كما يمكن أن تؤثر الاختلافات طويلة المدى في النشاط المغناطيسي الشمسي أيضًا على مناخ الأرض وبيئة الفضاء. [2]

أي طبقات الأرض الآتية يتولد فيه المجال المغناطيسي للأرض

اللب الخارجي للأرض .

يمتد المجال المغناطيسي من باطن الأرض (اللب الداخلي) إلى السطح الخارجي، حيث يتكون اللب الداخلي غالبًا من عنصر الحديد، ودرجة حرارته تكون حوالي 5700 درجة مئوية، وعند درجة الحرارة هذه يكون الحديد ساخنًا مثل سطح الشمس، لكن ضغط التكسير الناجم عن الجاذبية يمنعه من أن يصبح سائلًا وبالتالي لا يمكن أن ينتج مجالًا مغناطيسيًا.

بينما يحتوي اللب الخارجي على طبقة بسماكة 2000 كيلو متر من الحديد والنيكل وكميات صغيرة من المعادن الأخرى، ولكن نظرًا لأن الضغط باللب الخارجي أقل من الضغط في اللب الداخلي، فتكون المعادن به في حالة سائلة، وتؤدي الاختلافات في درجة الحرارة والضغط والتكوين داخل اللب الخارجي إلى تيارات الحمل الحراري في المعدن المنصهر، وينتج عن دوران الأرض حركات دورانية للمعدن السائل مما يؤدي إلى توليد تيارات كهربائية وإنتاج مجال مغناطيسي. [3]

عند تحريك سلك معدني في مجال مغناطيسي

إذا كان السلك لا يمر به تيار، فلن تتولد به قوة، أما إذا كان السلك المعدني يمر به تيار، فإن المجال المغنايسي يتفاعل معه، مولدًا قوة تؤثر على السلك، وقد تؤدي هذه القوة إلى تحريكه، ويكون ذلك مثل تحرك المغناطيسيات الدائمة عند تعرضها لمجالات مغناطيسية من مواد مغناطيسية أخرى.

تم تسمية القانون الذي يصف تلك الحالة باسم قانون فاراداي، على اسم العالم البريطاني مايكل فاراداي، وقد اكتشف العالم الأمريكي جوزيف هنري، قبل فاراداي أن تغيير الحقول المغناطيسية تسبب في حدوث تيارًا كهربائيًا، وينص قانون فارادي على أن المجال المغناطيسي المتغير ينتج مجالًا كهربائيًا، وإذا كانت الشحنات حرة في الحركة، فإن المجال الكهربي سوف يتسبب في وجود قوة وتيارًا كهربائيًا.

على سبيل المثال، عند وضع حلقة من الأسلاك في مجال مغناطيسي، بحيث يمر الحقل عبر المجال، فإن التغيير في المجال المغناطيسي سيحدث تيارًا في السلك، ويتم حفظ التيار أيضًا إذا تغيرت الحلقة، أو إذا تغيرت المنطقة المحيطة بالمجال المغناطيسي. [4]

شدة المجال المغناطيسي الناتج عن تيار يمر في ملف دائري

عند مرور تيار في سلك، ينشأ مجال مغناطيسي، حيث يعتمد ذلك المجال على اتجاه التيار وشكل السلك المعدني، على سبيل المثال، إذا كان السلك منحني، فسوف يتغير اتجاه المجال المغناطيسي كلما انحنى السلك أكثر، ويمكننا الاستمرار في ثني السلك، حتى نجعله نصف دائرة، ومن ثم تتداخل اتجاهات المجال المغناطيسي حول النقط المختارة عند نقطة محددة.

وكلما ابتعدت عن السلك، كلما ضعفت قوة المجال المغناطيسي، أما إذا كان السلك منحنيًا، فسوف تتداخل خطوط المجال المغناطيسي معًا، متحدة مع بعضها وهذا ما ينتج عنه أقوى مجال مغناطيسي عند المركز، ويتضح لنا مما سبق، أن ثني سلك لتكوين دائرة كاملة ينتج عنه مجال مغناطيسي قوي في اتجاه واحد عند مركز الدائرة.

يمكن تحديد اتجاه هذا المجال المغناطيسي الناتج، باستخدام قاعدة البريمة لليد اليمنى، حيث لا يمكن تدوير البريمة إلا في اتجاه واحد فقط لإدخالها في سطح ما، حيث يكون الاتجاه الذي علينا تدوير البريمة فيه هو نفس اتجاه التيار بالملف، واتجاه حركة البريمة داخل السطح، يكون هو اتجاه المجال المغناطيسي عند مركز هذا الملف.

يكون اتجاه التيار في الملف عكس اتجاه عقارب الساعة، وبذلك يجب أن يكون اتجاه دوران البريمة، عكس اتجاه عقارب الساعة، ومن هنا يجب أن يكون اتجاه البريمة خارجًا من الشاشة، مما يعني أن اتجاه المجال المغناطيسي يكون خارجًا من الشاشة أيضًا. [5]