Jordens magnetfält är ett stort mysterium. Hur genereras det? Hur förblir den så stabil? Vi har känt till jordens magnetfält i hundratals år och den ödmjuka kompassen har berättat för oss riktningen för den magnetiska nordpolen sedan 1100-talet. Djur använder den för navigering och vi har blivit beroende av dess existens av samma anledning. Dessutom ger magnetosfären oss en kraftfull sköld mot den värsta solstormen. Ändå har vi fortfarande liten aning om mekanismerna som genererar detta fält djupt inne i jordens kärna. I hopp om att få en speciell inblick i det storskaliga, planetariska magnetfältet har en geofysiker från University of Maryland byggt sin alldeles egna baby Earth i sitt laboratorium, och den kommer att snurra (flytande metall ingår) i slutet av året…
Den här historien påminner mig om ett klassiskt experiment utfört av norrmannen Kristian Birkeland i början av 1800-talet. I ett försök att förstå det dynamiska norrskenet, bevisade Birkeland experimentellt att elektriska strömmar kunde flyta längs magnetiska fältlinjer (a.k.a. Birkeland, eller 'fältanpassade' strömmar,på bilden till vänster). Detta kan observeras i naturen när laddade partiklar från solvinden interagerar med jordens magnetosfär och sedan leds ner till jordens magnetiska poler. När partiklarna strömmar in i den övre polära atmosfären kolliderar de med atmosfäriska gaser, vilket skapar en färgstark ljusdisplay som kallas norrsken. Detta tidiga experiment simulerade emellertid ett magnetfält; den modellerade inte hur jorden genererar den i första hand.
Nu, i ett laboratorium vid University of Maryland, driver geofysikern Dan Lathrop detta mysterium genom att bygga sin alldeles egna version av jorden (avbildad topp). Modellen är inställd på en apparat som kommer att snurra bollen med en diameter på 10 fot till en ekvatorhastighet på 80 miles per timme. För att simulera jordens smälta yttre kärna kommer Lathrop att fylla sfären med smält metall. Det hela kommer att väga in på 26 ton.
Detta är Lathrops tredje försök att generera en skalenlig modell av jordens magnetfält. De två sista försöken var mycket mindre, så det här stora experimentet måste konstrueras av ett företag som var mer van vid att konstruera tung industriell utrustning.
Man tror att jordens smälta yttre kärna, som börjar 2 000 miles under jordskorpan, genererar det globala magnetfältet. Denna 'dynamoeffekt' skapas på något sätt genom interaktionen av turbulent flytande järnflöde (som är mycket ledande) med planetens spinn. I Lathrops modell kommer han att använda en annan ledande flytande metall, natrium. Smält järn är för varmt för att hålla i denna miljö, natrium finns i en flytande fas vid mycket lägre temperaturer (det har en smältpunkt nära vattnets kokpunkt, nästan 100°C), men det finns några allvarliga faror associerade med att använda natrium som järnanalog. Det är mycket brandfarligt i luft och är mycket reaktivt med vatten, så försiktighetsåtgärder måste vidtas (för det första har sprinklersystemet inaktiverats, vatten i fallet med en natriumdriven brand kommer bara att göra saken värre!). Hela detta experiment, även om det är riskabelt, krävs eftersom det inte finns något direkt sätt att mäta förhållandena i jordens yttre kärna.
'Förhållandena i kärnan är mer fientliga än solens yta. Det är lika varmt som solens yta men under extremt höga tryck. Så det finns inget sätt att undersöka det, ingen tänkbar teknik för att direkt undersöka kärnan.” - Dan Lathrop
Att snurra denna tunga sfär bör orsaka ihållande turbulens i flödet av det flytande natriumet och man hoppas att ett magnetfält kan genereras. Det finns många pussel som detta experiment hoppas kunna lösa, till exempel mekaniken bakom magnetisk polarförskjutning. Under hela jordens historia finns det bevis för att de magnetiska polerna har bytt polaritet, långvarig spinning av modellen kan orsaka periodisk magnetisk polomkastning. Att testa förhållandena i den ledande flytande metallen kan kasta lite ljus över vad som påverkar detta globala mönster av polarförskjutning.
Den här typen av experiment har gjorts tidigare, men forskare har styrt flödet av flytande metall genom att använda rör, men denna modell kommer att tillåta metallen att naturligt organisera sig och skapa sitt eget turbulenta flöde. Det är okänt om detta test genererar ett magnetfält eller inte, men det borde hjälpa oss att förstå hur magnetism genereras inuti planeterna.
Se videon på National Public Radio »
Källa: National Public Radio