ماذا لو اختفى المجال المغناطيسي للأرض؟
حول الأرض؛ يحتجز مجال مغناطيسي غير مرئي الإلكترونات والجزيئات المشحونة الأخرى. يمتد المجال المغناطيسي للكوكب مثل حزم من السباغيتي غير المرئية. ويعد هذا الحقل المُنشأ بواسطة قلب الأرض مهمًا للحياة اليومية: فهو يحمي الكوكب من الجسيمات الشمسية، ويشكل أساسًا للملاحة، وربما يلعب دورًا مهمًا في تطور الحياة على الأرض.
ولكن ماذا سيحدث إذا اختفى المجال المغناطيسي للأرض غدًا؟ سيقصف الأرض عدد أكبر من الجزيئات الشمسية المشحونة، ستدخل شبكات الكهرباء والأقمار الصناعية في حالة من الفوضى وسيزيد من تعرض الإنسان لمستويات أعلى من الأشعة فوق البنفسجية المسببة للسرطان. بمعنى آخر، فإن فقدان المجال المغناطيسي سيكون له عواقب وخيمة ولكن ليست بالضرورة نهاية العالم، على الأقل على المدى القصير.
يعتبر هذا خبرًا سارًا، لأن المجال المغناطيسي يضعف منذ أكثر من قرن. الآن، هناك بقع واهية على الأرض، مثل الشذوذ في منطقة جنوب الأطلسي في نصف الكرة الجنوبي، ما يخلق مشاكل تقنية للأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض.
أول شيء يجب أن نفهمه حول المجال المغناطيسي أنه حتى لو ضعف، فلن يختفي – ليس لمليارات السنين القادمة. تدين الأرض بحقلها المغناطيسي إلى قلبها الخارجي المنصهر، والذي يتكون في الغالب من الحديد والنيكل. وقال جون تاردونو، عالم جيوفيزيائي بجامعة روتشستر، إن القلب الخارجي المتحرك نتيجة لانتقال الحرارة الناشئة عن نمو القلب الداخلي وتصلبه. ينمو اللب الداخلي حوالي ملليمتر في السنة.
إن محرك المجال المغنطيسي المعروف باسم الدينامو يتخبط منذ مليارات السنين. يعتقد العلماء أن الترتيب الحالي ربما استقر منذ حوالي 1.5 مليار عام، وفقًا لبحث عام 2015 الذي وجد قفزة في قوة المجال المغناطيسي في ذلك الوقت. لكن تاردونو وفريقه وجدوا أدلة على وجود حقل مغناطيسي على الأرض في أقدم المعادن وهو الزركون، الذي يبلغ من العمر 4.2 مليار سنة، ما يشير إلى أن النشاط في القلب كان يخلق قوة مغناطيسية لفترة طويلة جدًا.
قال تاردونو لـLivescience:« إن سبب انطلاق الدينامو ليس واضحًا، لكن من المحتمل أن يكون التصادم الكوكبي الهائل الذي خلق القمر هو المحرك الرئيسي.
يمكن أن التصادم الذي حدث ربما بعد 100 مليون سنة من تكون الأرض قد تسبب بهز أي طبقة أو طبقات من المواد الموجودة في قلب الأرض، تخيل هز زجاجة من الزيت والماء على نطاق كوكبي. كان يمكن لهذا الاضطراب أن يعزز انتقال الحرارة الذي ما يزال يدفع دينامو الأرض حتى اليوم».
في النهاية، من المحتمل أن يزداد حجم اللب الداخلي بدرجة كافية حتى لا يصبح انتقال الحرارة في القلب الخارجي كافيًا، ويفشل المجال المغناطيسي. لكن هذا السيناريو بعيد جدًا لدرجة أنه لا يستحق القلق. قال تاردونو:«نحن نتحدث عن مليارات السنين».
ضعف المجال المغناطيسي
ضعف المجال المغناطيسي يعد أكثر أهمية تعلقًا بحياة البشر. ظل العلماء يقيسون هذا الضعف بشكل مباشر من خلال المراصد المغناطيسية والأقمار الصناعية منذ 160 عامًا. تغيرات الحقل تعد أكثر غموضًا قبل ذلك، كالغموض السائد عند السؤال عما سيحدث فيما بعد. وقال تاردونو إن المجال المغناطيسي يبلغ حاليًا حوالي 80٪ من القطبين. وهذا يعني أنه يعمل في الغالب مثل قضيب مغناطيسي.
فرضًا، إذا بعثرنا رقاقات حديدية حول الكوكب (وأزلنا تأثير الشمس، الذي ينشر تيارًا ثابتًا من الجسيمات المشحونة تسمى الرياح الشمسية باتجاه الأرض، ما يؤدي إلى نفخ الحقل المغناطيسي حوله بشكل مشابه لحركة الشعر الطويل في النسيم)، تظهر خطوط الشمال والجنوب بوضوح في الحقل المغناطيسي الناتج. لكن 20٪ من الحقل غير ثنائي القطب، ما يعني أنه أكثر تعقيدًا، فهناك اختلافات محلية.
انقلب الحقل المغناطيسي في الماضي مبادلًا الشمال والجنوب. حدثت آخر هذه الانتكاسات منذ 780،000 عامًا، حول عصر الإنسان المنتصب homoerectus. إن ضعف الحقل عادة ما يسبق هذه التقلبات، ما أثار تساؤلات حول ما إذا كان هناك تقلب آخر وشيك. لكن الحقل يضعف أيضًا في بعض الأحيان ثم يزداد قوة مرة أخرى دون تقلب، وهي ظاهرة تسمى بالانحراف.
لقد وجد تاردونو وفريقه أن دوامة غريبة في قلب جنوب أفريقيا ربما تساهم في بعض نقاط الضعف هذه. يبدو أن هذه الدوامة تسبب شذوذًا في منطقة جنوب الأطلسي، وهي بقعة ضعيفة معروفة في الحقل تمتد من حوالي 300 كيلومتر شرق البرازيل عبر معظم أنحاء أمريكا الجنوبية.
في هذا المجال، ينخفض معدل الجزيئات المشحونة من الرياح الشمسية أكثر من المعتاد. شذوذ منطقة جنوب الأطلسي ليس ملحوظًا بشكل خاص على الأرض لكن الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض تواجه المزيد من الجسيمات الشمسية المدمرة هناك، وقد أبلغ رواد الفضاء الذين سافروا عبر المنطقة في محطة الفضاء الدولية عن ظواهر بصرية للشهب يُعتقد أنها ناجمة عن مستويات عالية نسبياً من الإشعاع بسبب مستوى مدار الأرض المنخفض هناك.
الأرض دون مجال مغناطيسي
يشتبه تاردونو وفريقه بأن التباين في الوشاح تحت جنوب أفريقيا ربما كان نقطة الانطلاق لعكس المجال المغناطيسي في الماضي. والخبر السار هو أنه حتى إذا كان الحقل يضعف أو يستعد للانقلاب فهو لن يختفي. لا يوجد دليل على أن المجال المغناطيسي قد اختفى تمامًا خلال الانعكاس. قال تاردونو:«حتى لو انعكس الحقل، سيظل لدينا بعض المجال المغناطيسي، سيكون مجرد حقل مغناطيسي ضعيف للغاية».
كيف سيبدو هذا العالم أثناء وجود الحد الأدنى من المجال المغناطيسي؟ حسنًا، في البداية لن تعمل البوصلة الخاصة بك. وقال تاردونو:«ستتوجه البوصلة نحو منطقة أعلى مجال مغناطيسي، قد يكون المصدر قريبًا جدًا منك، وقد يكون بعيدًا جدًا».
ستكون الأضواء الشمالية والجنوبية مرئية من خطوط العرض السفلى، لأن هذه العروض الملونة هي نتيجة للتفاعل بين الجسيمات المشحونة في الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي للأرض. في الوقت الحالي، يظهر هذا الشفق بالقرب من القطبين، حيث تتبع خطوط المجال المغناطيسي الأرضية المتمركزة في الشمال والجنوب، لكن ضعف المجال سيسمح للجزيئات باختراق الغلاف الجوي للأرض، ما سيضيء السماء بالقرب من خط الاستواء.
قد يصبح الشذوذ في منطقة جنوب الأطلسي بالنسبة للأقمار الصناعية شائعًا في جميع أنحاء العالم، الأمر الذي قد يتسبب في خلل فني. يمكن لجزيئات الطاقة الشمسية أن تقوم بتوصيل الأجهزة الإلكترونية ما يؤدي إلى تعطيل أجزاء من الذاكرة فيما تسمى اضطرابات الحدث الفردي SEU، عندما تتفاعل الجسيمات الشمسية مع الطبقة المشحونة من الغلاف الجوي للأرض وتسمى الأيونوسفير، فإنها تحرر أيضًا الإلكترونات من مداراتها الجزيئية. تتداخل هذه الإلكترونات الحرة مع انتقال الموجات اللاسلكية عالية التردد المستخدمة للاتصال.
وقال تاردونو إنه نتيجة التفاعلات بين الرياح الشمسية والغلاف الجوي للأرض يمكن أن تنهار أيضًا طبقة الأوزون بمرور الوقت، ما سيزيد من التعرض للإشعاع فوق البنفسجي الجماعي للبشر ويزيد من مخاطر الإصابة بسرطان الجلد.
وقال مارتن آرتشر، عالم فيزياء البلازما الفضائية بجامعة كوين ماري في لندن: «على الرغم من أنه لن يكون كارثيًا على المدى الطويل، لكن ستكون هناك جرعة إشعاعية أعلى بكثير على الأرض دون مجال مغناطيسي».
هناك القليل من الأدلة على أن الاختلافات السابقة في المجال المغناطيسي أثرت على الحياة على الأرض. قال آرتشر لـ Live Science أن المجال المغناطيسي وبلا شك قد شكل سطح الأرض، ما ساعد على منع الغلاف الجوي الهش لكوكب الأرض من التبعثر في الفضاء بسبب القوة الشديدة للرياح الشمسية.
لا يعد المجال المغناطيسي أمرًا حاسماً لوجود الغلاف الجوي، لا يحتوي كوكب الزهرة على مجال مغناطيسي وله غلاف جوي هائل، وإن لم يكن مُرحبًا، لكنه بالتأكيد يعمل كطبقة واقية إضافية. أما كوكب المريخ، كان له حقل مغناطيسي ولكنه فقده قبل حوالي 4 مليارات عام، وقد جرد بالكامل من الغلاف الجوي. وقال آرتشر إنه إذا كانت هناك طريقة لإعطاء القمر جوًا شبيهًا بالأرض، فإن الرياح الشمسية ستجرده بالكامل في قرن من الزمن.
المصدر
حول الأرض؛ يحتجز مجال مغناطيسي غير مرئي الإلكترونات والجزيئات المشحونة الأخرى. يمتد المجال المغناطيسي للكوكب مثل حزم من السباغيتي غير المرئية. ويعد هذا الحقل المُنشأ بواسطة قلب الأرض مهمًا للحياة اليومية: فهو يحمي الكوكب من الجسيمات الشمسية، ويشكل أساسًا للملاحة، وربما يلعب دورًا مهمًا في تطور الحياة على الأرض.
ولكن ماذا سيحدث إذا اختفى المجال المغناطيسي للأرض غدًا؟ سيقصف الأرض عدد أكبر من الجزيئات الشمسية المشحونة، ستدخل شبكات الكهرباء والأقمار الصناعية في حالة من الفوضى وسيزيد من تعرض الإنسان لمستويات أعلى من الأشعة فوق البنفسجية المسببة للسرطان. بمعنى آخر، فإن فقدان المجال المغناطيسي سيكون له عواقب وخيمة ولكن ليست بالضرورة نهاية العالم، على الأقل على المدى القصير.
يعتبر هذا خبرًا سارًا، لأن المجال المغناطيسي يضعف منذ أكثر من قرن. الآن، هناك بقع واهية على الأرض، مثل الشذوذ في منطقة جنوب الأطلسي في نصف الكرة الجنوبي، ما يخلق مشاكل تقنية للأقمار الصناعية ذات المدار المنخفض.
أول شيء يجب أن نفهمه حول المجال المغناطيسي أنه حتى لو ضعف، فلن يختفي – ليس لمليارات السنين القادمة. تدين الأرض بحقلها المغناطيسي إلى قلبها الخارجي المنصهر، والذي يتكون في الغالب من الحديد والنيكل. وقال جون تاردونو، عالم جيوفيزيائي بجامعة روتشستر، إن القلب الخارجي المتحرك نتيجة لانتقال الحرارة الناشئة عن نمو القلب الداخلي وتصلبه. ينمو اللب الداخلي حوالي ملليمتر في السنة.
إن محرك المجال المغنطيسي المعروف باسم الدينامو يتخبط منذ مليارات السنين. يعتقد العلماء أن الترتيب الحالي ربما استقر منذ حوالي 1.5 مليار عام، وفقًا لبحث عام 2015 الذي وجد قفزة في قوة المجال المغناطيسي في ذلك الوقت. لكن تاردونو وفريقه وجدوا أدلة على وجود حقل مغناطيسي على الأرض في أقدم المعادن وهو الزركون، الذي يبلغ من العمر 4.2 مليار سنة، ما يشير إلى أن النشاط في القلب كان يخلق قوة مغناطيسية لفترة طويلة جدًا.
قال تاردونو لـLivescience:« إن سبب انطلاق الدينامو ليس واضحًا، لكن من المحتمل أن يكون التصادم الكوكبي الهائل الذي خلق القمر هو المحرك الرئيسي.
يمكن أن التصادم الذي حدث ربما بعد 100 مليون سنة من تكون الأرض قد تسبب بهز أي طبقة أو طبقات من المواد الموجودة في قلب الأرض، تخيل هز زجاجة من الزيت والماء على نطاق كوكبي. كان يمكن لهذا الاضطراب أن يعزز انتقال الحرارة الذي ما يزال يدفع دينامو الأرض حتى اليوم».
في النهاية، من المحتمل أن يزداد حجم اللب الداخلي بدرجة كافية حتى لا يصبح انتقال الحرارة في القلب الخارجي كافيًا، ويفشل المجال المغناطيسي. لكن هذا السيناريو بعيد جدًا لدرجة أنه لا يستحق القلق. قال تاردونو:«نحن نتحدث عن مليارات السنين».
ضعف المجال المغناطيسي
ضعف المجال المغناطيسي يعد أكثر أهمية تعلقًا بحياة البشر. ظل العلماء يقيسون هذا الضعف بشكل مباشر من خلال المراصد المغناطيسية والأقمار الصناعية منذ 160 عامًا. تغيرات الحقل تعد أكثر غموضًا قبل ذلك، كالغموض السائد عند السؤال عما سيحدث فيما بعد. وقال تاردونو إن المجال المغناطيسي يبلغ حاليًا حوالي 80٪ من القطبين. وهذا يعني أنه يعمل في الغالب مثل قضيب مغناطيسي.
فرضًا، إذا بعثرنا رقاقات حديدية حول الكوكب (وأزلنا تأثير الشمس، الذي ينشر تيارًا ثابتًا من الجسيمات المشحونة تسمى الرياح الشمسية باتجاه الأرض، ما يؤدي إلى نفخ الحقل المغناطيسي حوله بشكل مشابه لحركة الشعر الطويل في النسيم)، تظهر خطوط الشمال والجنوب بوضوح في الحقل المغناطيسي الناتج. لكن 20٪ من الحقل غير ثنائي القطب، ما يعني أنه أكثر تعقيدًا، فهناك اختلافات محلية.
انقلب الحقل المغناطيسي في الماضي مبادلًا الشمال والجنوب. حدثت آخر هذه الانتكاسات منذ 780،000 عامًا، حول عصر الإنسان المنتصب homoerectus. إن ضعف الحقل عادة ما يسبق هذه التقلبات، ما أثار تساؤلات حول ما إذا كان هناك تقلب آخر وشيك. لكن الحقل يضعف أيضًا في بعض الأحيان ثم يزداد قوة مرة أخرى دون تقلب، وهي ظاهرة تسمى بالانحراف.
لقد وجد تاردونو وفريقه أن دوامة غريبة في قلب جنوب أفريقيا ربما تساهم في بعض نقاط الضعف هذه. يبدو أن هذه الدوامة تسبب شذوذًا في منطقة جنوب الأطلسي، وهي بقعة ضعيفة معروفة في الحقل تمتد من حوالي 300 كيلومتر شرق البرازيل عبر معظم أنحاء أمريكا الجنوبية.
في هذا المجال، ينخفض معدل الجزيئات المشحونة من الرياح الشمسية أكثر من المعتاد. شذوذ منطقة جنوب الأطلسي ليس ملحوظًا بشكل خاص على الأرض لكن الأقمار الصناعية التي تدور حول الأرض تواجه المزيد من الجسيمات الشمسية المدمرة هناك، وقد أبلغ رواد الفضاء الذين سافروا عبر المنطقة في محطة الفضاء الدولية عن ظواهر بصرية للشهب يُعتقد أنها ناجمة عن مستويات عالية نسبياً من الإشعاع بسبب مستوى مدار الأرض المنخفض هناك.
الأرض دون مجال مغناطيسي
يشتبه تاردونو وفريقه بأن التباين في الوشاح تحت جنوب أفريقيا ربما كان نقطة الانطلاق لعكس المجال المغناطيسي في الماضي. والخبر السار هو أنه حتى إذا كان الحقل يضعف أو يستعد للانقلاب فهو لن يختفي. لا يوجد دليل على أن المجال المغناطيسي قد اختفى تمامًا خلال الانعكاس. قال تاردونو:«حتى لو انعكس الحقل، سيظل لدينا بعض المجال المغناطيسي، سيكون مجرد حقل مغناطيسي ضعيف للغاية».
كيف سيبدو هذا العالم أثناء وجود الحد الأدنى من المجال المغناطيسي؟ حسنًا، في البداية لن تعمل البوصلة الخاصة بك. وقال تاردونو:«ستتوجه البوصلة نحو منطقة أعلى مجال مغناطيسي، قد يكون المصدر قريبًا جدًا منك، وقد يكون بعيدًا جدًا».
ستكون الأضواء الشمالية والجنوبية مرئية من خطوط العرض السفلى، لأن هذه العروض الملونة هي نتيجة للتفاعل بين الجسيمات المشحونة في الرياح الشمسية والغلاف المغناطيسي للأرض. في الوقت الحالي، يظهر هذا الشفق بالقرب من القطبين، حيث تتبع خطوط المجال المغناطيسي الأرضية المتمركزة في الشمال والجنوب، لكن ضعف المجال سيسمح للجزيئات باختراق الغلاف الجوي للأرض، ما سيضيء السماء بالقرب من خط الاستواء.
قد يصبح الشذوذ في منطقة جنوب الأطلسي بالنسبة للأقمار الصناعية شائعًا في جميع أنحاء العالم، الأمر الذي قد يتسبب في خلل فني. يمكن لجزيئات الطاقة الشمسية أن تقوم بتوصيل الأجهزة الإلكترونية ما يؤدي إلى تعطيل أجزاء من الذاكرة فيما تسمى اضطرابات الحدث الفردي SEU، عندما تتفاعل الجسيمات الشمسية مع الطبقة المشحونة من الغلاف الجوي للأرض وتسمى الأيونوسفير، فإنها تحرر أيضًا الإلكترونات من مداراتها الجزيئية. تتداخل هذه الإلكترونات الحرة مع انتقال الموجات اللاسلكية عالية التردد المستخدمة للاتصال.
وقال تاردونو إنه نتيجة التفاعلات بين الرياح الشمسية والغلاف الجوي للأرض يمكن أن تنهار أيضًا طبقة الأوزون بمرور الوقت، ما سيزيد من التعرض للإشعاع فوق البنفسجي الجماعي للبشر ويزيد من مخاطر الإصابة بسرطان الجلد.
وقال مارتن آرتشر، عالم فيزياء البلازما الفضائية بجامعة كوين ماري في لندن: «على الرغم من أنه لن يكون كارثيًا على المدى الطويل، لكن ستكون هناك جرعة إشعاعية أعلى بكثير على الأرض دون مجال مغناطيسي».
هناك القليل من الأدلة على أن الاختلافات السابقة في المجال المغناطيسي أثرت على الحياة على الأرض. قال آرتشر لـ Live Science أن المجال المغناطيسي وبلا شك قد شكل سطح الأرض، ما ساعد على منع الغلاف الجوي الهش لكوكب الأرض من التبعثر في الفضاء بسبب القوة الشديدة للرياح الشمسية.
لا يعد المجال المغناطيسي أمرًا حاسماً لوجود الغلاف الجوي، لا يحتوي كوكب الزهرة على مجال مغناطيسي وله غلاف جوي هائل، وإن لم يكن مُرحبًا، لكنه بالتأكيد يعمل كطبقة واقية إضافية. أما كوكب المريخ، كان له حقل مغناطيسي ولكنه فقده قبل حوالي 4 مليارات عام، وقد جرد بالكامل من الغلاف الجوي. وقال آرتشر إنه إذا كانت هناك طريقة لإعطاء القمر جوًا شبيهًا بالأرض، فإن الرياح الشمسية ستجرده بالكامل في قرن من الزمن.
المصدر