Náplast na nemocné magnetické pole naší Země

Zemi hrozí v geologicky blízké době přepólování magnetického pole. Ztratí přitom ochranu před kosmickým zářením? Dobrá zpráva - život na Zemi nezanikne ani kdyby se její planetární magnetické pole ztratilo úplně.(délka blogu 8min)

Pozemské magnetické pole

Pole, které chrání naši planetu před škodlivým kosmickým zářením a slunečním větrem, vlastně vůbec není tak stabilní, jak by se mohlo zdát. V minulosti docházelo často k výměně magnetického severu a jihu, jak zjistili vědci, kteří se zabývají paleomagnetismem.  

Informace o někdejším stavu pozemského magnetického pole se totiž dají zjistit podle magnetizace starých hornin nebo předmětů. Trik spočívá ve využití jedné speciální vlastnosti. Při relativně nízké teplotě jsou některé materiály magnetické, zatímco při překročení určité teploty, své magnetické vlastnosti ztrácejí. Jev je vratný - takže se při ochlazování (například roztavené horniny nebo při vypalování a následném chladnutí keramiky) při určité teplotě zase objevují.

Přitom se  v chladnoucím materiálu vytvářejí například magnetické dipóly, které se orientují podle právě existujícího magnetického pole Země. Po prozkoumání stavu daného materiálu se tedy dá usoudit na sílu a stav magnetického pole Země v době, kdy došlo ke snížení teploty materiálu (tuhnutí lávy nebo chladnutí vypáleného keramického střepu).  

Podobně se mimochodem chovají také  malé magnetizovatelné částečky v sedimentech. Během usazování zaujmou určitou polohu (podle aktuálního stavu magnetického pole Země), která se pak postupně v sedimentu zafixuje.

Z těchto starých materiálů se dá získat nejen informace o směru někdejšího  magnetického pole, ale také v optimálním případě i hrubá představa o jeho síle. Vědci tak například zjistili, že se krátce před přepólováním magnetického pole pozoruje úbytek síly pole až o devadesát procent.

Dnešní podoba magnetického pole Země

Země je obklopena magnetickým polem, které má podobu dipólového pole. Nacházíme u něj jeden severní a jeden jižní pól. I když jsou jazykově označeny podobným stejným výrazem, nemají tyto magnetické póly stejné koordináty jako zeměpisné póly. Osa pozemského dipólového pole svírá momentálně s osou rotace naší planety úhel 11 stupňů. Navíc se jeho poloha neustále mění.

Magnetické pole obklopuje naši Zemi a funguje jako štít, který odklání proud vysoce energetických částic, kterému říkáme sluneční vítr (když je původem těchto částic Slunce) nebo kosmické záření (když pocházejí ze vzdálených zdrojů v naší nebo cizí galaxii).

Živá hmota je na tyto vysoce energetické částice značně citlivá. Pole tedy hraje roli našeho ochránce. Panuje dokonce přesvědčení, že je to právě zásluha magnetického pole, že se na Zemi mohl vyvinout život až do dnešní sebeuvědomělé formy.

Hrozí nám bezprostřední nebezpečí?

Vědci vycházejí z toho, že přepólování magnetického pole Země může být doprovázeno jeho lokálním oslabením nebo dokonce úplným kolapsem. To by mohlo být samozřejmě velice nepříjemné. Bude ohrožen pozemský život až k němu dojde?

Naštěstí tu jsou dvě dobré zprávy. Dokonce i tehdy, když dojde v geologicky blízké budoucnosti k přepólování - bude to nejspíš až za 1000 nebo 2000 let, tvrdí vědci, kteří sledují vývoj intenzity pole.

Druhá dobrá zpráva je dokonce ještě daleko lepší než ta první. Vědci vypočítali (a mají už i experimentální důkazy), že se na místě mizejícího pole vytvoří jakási “náplast” - sekundární magnetické pole, které bude mít bezmála stejnou hodnotu jako to dnešní.

Nečekaná pomoc - sluneční “náplast” na pochroumané magnetické pole

Následky kolapsu magnetického pole Země zkoumali vědci z Mnichovské univerzity pomocí komplikované nelineární simulace. Výsledek je prý tak trochu překvapil. Na naši biosféru nebude mít přepólování téměř žádný vliv.

Ve vrchní části atmosféry se totiž vytvoří - náhradní magnetické pole. Jak je to možné? Může za to (a nikoho to nepřekvapí) samozřejmě fyzika.

Sluneční vítr se skládá z ionizovaných částic. Náhradní magnetické pole se utvoří právě v tom místě, kde tyto částice narazí na vrchní části atmosféry naší planety. Molekuly, které jsou zde “doma”, jsou částečně ionizované - část z nich se ovšem nachází v neutrálním stavu.

Kladně a záporně nabité částice slunečního větru reagují logicky s těmito částicemi různým způsobem.

Výsledkem je jejich vzájemný pohyb. Pohybující se nabité částice vytvářejí elektrický proud - a ten je doprovázen vznikem nového magnetického pole. Jeho síla je pak logicky závislá na frekvenci srážek částic a rychlosti jejich vzájemného pohybu ve vrchní části naší atmosféry.

V ionosféře tak automaticky vzniká sekundární pole, které je vyvoláno právě tím jevem, před kterým nás následně chrání.

Pro plně ionizovaný a magnetizovaný sluneční vítr s běžnou rychlostí kolem 400 km/s to znamená, že se ve výšce kolem 350 km vytváří magnetické pole, které je stejně silné jako to dnešní, dipólové. Tvorba sekundárního pole trvá konkrétně jen asi čtvrt hodiny - a po několika hodinách je jeho síla kompletní.

Na Slunci odvrácené straně je tato “náplast” samozřejmě jen velice slabá.

Podobná situace panuje také na Venuši

Potvrzení správnosti svých výpočtů našli vědci - na Venuši. Naše sousední planeta nemá planetární magnetické pole. Vědci ale pozorují na její Slunci přivrácené straně právě takové “náhradní” pole. Vytváří se tam ze stejného důvodu. Způsobují ho nabité částice slunečního větru, které narážejí na neutrální molekuly ve vrchní části atmosféry

Tím se také vysvětluje, proč se neshoduje doba, ve které v minulosti docházelo ke hromadnému vymírání druhů s dobou, kdy probíhalo přepólováním zemského  magnetického pole. Biosféra zjevně přepólováním nijak moc netrpěla. Byla před slunečním větrem chráněna polem, které sám při interakci s naší atmosférou vytváří.

Co víc - vědci našli důkazy, že dipólové magnetické pole Země v minulosti skutečně už několikrát zmizelo úplně. Naposledy to bylo před zhruba milionem roků. Po dobu neuvěřitelných 10 000 - 20 000 roků byla biosféra naší planety chráněna jen solární náplastí, tedy sekundárním polem.

Naděje pro život na exoplanetách

Magnetické pole se běžně udává jako důležitá podmínka pro očekávaný vývoj života na exoplanetách. Existence sekundárního magnetického pole dává daleko větší prostor pro spekulace o vývoji mimozemšťanů.  Znamená to, že by mohl život vzniknout i na planetách bez silného a stabilního planetárního magnetického pole.