Maan magneettikenttä
Ørsted-satelliitti nousi ilmaan kalifornialaisesta Vandenbergin lentotukikohdasta 23. helmikuuta 1999. Satelliitti painoi vain 62 kilogrammaa ja oli suunnilleen kahden olutkorin kokoinen, mutta sillä on silti ollut valtava merkitys Maan magneettikenttää koskevan tiedon kartuttamisessa.
Kahdella magnetometrillä varustettu Ørsted keräsi dataa Maan magneettikentästä. Mittaukset paljastivat esimerkiksi sen, että Maan magneettiset navat liikkuvat jopa lähes 50 kilometriä vuodessa ja saattavat olla kokonaan vaihtamassa paikkaa.
Jos niin käy, Maan magneettikenttä heikkenee merkittävästi, ja muutoksella saattaa olla todella vakavat seuraukset.
Maan magneettikenttä toimii nimittäin suojakilpenä avaruussäteilyä vastaan, ja jos tuo puolustus antaa periksi, maapallo saa osakseen voimakasta ja vaarallista hiukkaspommitusta, joka uhkaa koko ihmiskunnan olemassaoloa.
Maan magneettikenttä suojaa Auringon säteilyltä ja kääntää vaarallisia hiukkasia takaisin avaruuteen.
Mikä Maan magneettikenttä on?
Maan magneettikentän kuvaili ensimmäisenä englantilainen luonnonfilosofi ja lääkäri William Gilbert vuonna 1600 tutkielmassaan “De magnete”. Siinä hän todisti, että kompassineula osoittaa pohjoiseen, koska Maa näyttäisi käyttäytyvän suuren magneetin lailla.
Vuonna 1820 tanskalainen fyysikko Hans Christian Ørsted taas havaitsi, että sähkövirrat synnyttävät magneettikenttiä, ja vuonna 1839 saksalainen matemaatikko Carl Friedrich Gauss todisti, että Maan magneettikenttä muodostuu pääosin planeetan sisuksissa tapahtuvien prosessien tuloksena.
Maan magneettikentän voimakkuus ja suunta kartoitettiin ensimmäistä kertaa yksityiskohtaisesti vuonna 1980 Nasan Magsat-satelliitilla, joka kuitenkin tuotti dataa vain kahdeksan kuukauden ajan. Sen työtä jatkoi Ørsted-satelliitti vuonna 1999, ja vuodesta 2013 lähtien niin kutsutut Swarm-satelliitit ovat kartoittaneet Maan magneettikenttää ennennäkemättömällä tarkkuudella.
Swarm-satelliitteihin kuuluvat Alpha, Bravo ja Charlie, jotka mittaavat yhdessä Maan magneettikenttää ja sen suuntaa. Yhteistyön ansiosta mittaustulokset ovat kymmenen kertaa tarkempia kuin yksittäisen satelliitin.
Nyt tiedetään, että Maan magneettikenttä syntyy pääosin Maan ulkoytimen nestemäisen kerroksen virtauksista.
Tärkein tekijä magneettikentän synnyssä on maapallon pyörimisliike. Kun Maa pyörii, se ylläpitää niin kutsuttua geodynamoa, joka toimii planeetan sisuksissa. Dynamo on yksinkertaistettuna laite, joka muuttaa liike-energiaa sähköenergiaksi.
Maan tapauksessa dynamona toimivat Maan ulkoytimessä liikkuvan sulan raudan virtaukset. Maapallon pyörimisliike pitää raudan liikkeessä, ja liike synnyttää magneettikentän. Kun magneettikenttä puolestaan liikuttelee magneettista, sähköä johtavaa ainetta, rautaan syntyy uusia sähkövirtauksia, jotka synnyttävät uusia magneettikenttiä.
Näin Maan magneettikenttä toimii
Maan magneettikenttä syntyy planeetan ulkoytimessä virtaavan sulan raudan liikkeestä. Magneettikenttä suojelee maapalloa vaarallisilta hiukkasilta, joita tulee avaruudesta ja ennen kaikkea Auringosta.
Pyöriminen saa Maan sisukset liikkeelle
Kun maapallo pyörii akselinsa ympäri, se pitää ulkoytimensä sulassa raudassa sijaitsevan geodynamon jatkuvassa liikkeessä.
Virtaava rauta synnyttää magneettikentän
Raudan liikkeet saavat aikaan sähkövirtauksia, jotka muodostavat magneettikenttiä itseään vahvistavassa prosessissa.
Magneettikenttä muodostaa suojakuoren Maan ympärille
Sulan raudan kieppuminen maapallon ytimessä synnyttää magneettikentän, joka suojaa Maata Auringon lähettämien haitallisten hiukkasten vaikutuksilta.
Maan magneettikenttä on heikkenemässä
Voimakas ja vakaa magneettikenttä on modernin sivilisaatiomme elinehto. Maan magneettikenttä toimii nimittäin suojakilpenä, joka heijastaa pois aurinkotuulen hiukkaset ja estää valtaosaa säteilystä saavuttamasta maapalloa.
Viimeksi kuluneiden 175 vuoden aikana Maan magneettikenttä on kuitenkin heikentynyt heikentymistään, ja satelliittimittausten mukaan se on menettänyt yhdeksän prosenttia voimastaan vuoteen 1840 verrattuna.
Magneettikentän heikkenemisen syytä ei ole vielä saatu varmuudella selville.
Tutkijoiden mukaan muutos saattaa johtua siitä, että olemme menossa kohti niin kutsuttua napojen kääntymistä, jossa pohjoinen ja eteläinen magneettinen napa vaihtavat paikkaa keskenään.
Napojen kääntymisessä Maan magneettikenttä menee sekaisin. Tietokonesimulaatioiden mukaan sen voimakkuus heikkenee alle 10 prosenttiin nykyisestä, minkä lisäksi muodostuu pieniä, paikallisia magneettikenttiä, jotka tekevät esimerkiksi kompassilla suunnistamisesta mahdotonta.
Erityisen mielenkiintoinen alue sijaitsee Intian valtameren alla, missä Maan ytimen voimakkaat rautavirtaukset siirtävät ainesta etelänavalta pohjoiseen kohti päiväntasaajaa.
Juuri tällaiset liikkeet heikentävät magneettikenttää, sanoo Tanskan teknillisen korkeakoulun avaruustutkimuslaitoksen (DTU Space) tutkija Chris Finlay, joka on tarkastellut kyseistä virtausta esimerkiksi Swarm-satelliittien tuottaman datan pohjalta.
”Mallimme näyttävät, että virtaus heikentää Maan magneettikenttää myös tulevina vuosikymmeninä”, sanoo Finlay.
Maan magneettikenttä suojaa avaruushyökkäyksiltä
Maapallon navat ovat vaihtaneet paikkoja useaan otteeseen planeetan historian aikana. Viimeksi niin kävi 790 000 vuotta sitten, jolloin magneettinen pohjoisnapa siirtyi Antarktikselta nykyiseen sijaintipaikkaansa arktiselle alueelle.
Napaisuuden seuraavan kääntymisen ajankohdasta tutkijoilla ei ole yhtenäistä näkemystä, mutta heikomman magneettikentän seurauksista ei juuri tarvitse kinastella.
Maan magneettikentän heikkeneminen voimistaa Maahan pääsevää avaruussäteilyä. Korkeaenergisiä hiukkasia syöksyy ilmakehämme läpi, särkee herkkää elektroniikkaa ja iskee otsonikerrokseen aukkoja, joiden kautta maapallolle pääsee esimerkiksi ihosyöpää aiheuttavaa UV-B-säteilyä.
VIDEO: Nasa tarkkailee Maan magneettikentän aukkoja
Maan magneettikentän heikoin kohta – niin kutsuttu Etelä-Atlantin anomalia – ulottuu Etelä-Amerikan Chilestä Afrikan Zimbabween. Se myös kasvattaa alaansa kaiken aikaa ja heikkenee entisestään. Nasa pitää tätä magneettikentän “aukkoa” silmällä, koska se saattaa häiritä alueen yllä kiertäviä satelliitteja, jotka eivät enää ole suojassa Auringosta lähteneiltä hiukkasilta.
Hyvä uutinen on se, että Maan magneettikentän voimakkuus palaa entiselleen napojen kääntymisen jälkeen.
Maan magneettikentän täydellistä romahdusta ei onneksi ole tulossa lähitulevaisuudessa, ja jos se ylipäänsä tapahtuu, niin tutkijoiden arvioiden mukaan vasta miljardin vuoden kuluttua.