Il campo magnetico terrestre è una componente fondamentale per la protezione della vita sul nostro pianeta. Esso crea una “bolla” magnetica, chiamata magnetosfera, che si estende al di sopra dello strato più alto dell’atmosfera, l’ionosfera. Questo campo svolge un ruolo cruciale nel deviare le particelle emesse dal Sole e proteggere gli esseri umani dalle radiazioni pericolose e dall’attività geomagnetica che potrebbe influenzare la comunicazione satellitare e il funzionamento delle reti elettriche. Ma il campo magnetico terrestre è anche in costante movimento e può persino invertirsi.
La generazione del campo magnetico
Il dinamo terrestre
Il campo magnetico, come quello che circonda la Terra, è generato dal movimento di cariche elettriche. I materiali che permettono alle cariche di muoversi facilmente al loro interno sono detti conduttori, come i metalli, che vengono utilizzati per trasferire correnti elettriche da un luogo all’altro. La corrente elettrica stessa è semplicemente costituita da cariche negative, chiamate elettroni, che si muovono attraverso il metallo, generando un campo magnetico.
Il nucleo terrestre e il movimento delle cariche
Strati di materiale conduttore si trovano nel nucleo liquido di ferro della Terra. Correnti di cariche si muovono all’interno del nucleo, e il ferro liquido è anch’esso in movimento e circolazione nel nucleo. Questi movimenti generano il campo magnetico terrestre.
Il campo magnetico dei pianeti
La Terra non è l’unico pianeta dotato di un campo magnetico; pianeti giganti gassosi come Giove possiedono uno strato di idrogeno metallico conduttivo che genera i loro campi magnetici. Il movimento di questi strati conduttivi all’interno dei pianeti porta alla formazione di due tipi di campi: movimenti più ampi, come le rotazioni su larga scala con il pianeta, portano a un campo magnetico simmetrico con un polo nord e un polo sud, simile a un magnete giocattolo.
Le anomalie locali e le inversioni di campo
Questi strati conduttivi possono avere alcune irregolarità locali dovute a turbolenze o flussi minori che non seguono il modello su larga scala. Queste irregolarità si manifestano in piccole anomalie nel campo magnetico del pianeta o in luoghi in cui il campo si discosta dall’essere un perfetto campo dipolare. Queste piccole deviazioni nel campo magnetico possono effettivamente portare a cambiamenti nel campo su larga scala nel tempo e potenzialmente persino a un’inversione completa della polarità del campo dipolare, dove il nord diventa sud e viceversa.
La magnetosfera terrestre: una bolla protettiva
La protezione dalla radiazione cosmica
La magnetosfera terrestre svolge un ruolo importante nella protezione degli esseri umani. Essa scherma e devia le radiazioni cosmiche ad alta energia, che sono create nelle esplosioni stellari e si muovono costantemente attraverso l’universo. La magnetosfera interagisce anche con il vento solare, che è un flusso di gas magnetizzato emesso dal Sole.
Il meteo spaziale e i suoi effetti
L’interazione tra la magnetosfera e l’ionosfera con il vento solare magnetizzato crea quello che gli scienziati chiamano meteo spaziale. Di solito, il vento solare è mite e non c’è quasi nessun meteo spaziale. Tuttavia, ci sono momenti in cui il Sole emette grandi nuvole di gas magnetizzato, chiamate eiezioni di massa coronale, nello spazio. Se queste eiezioni di massa coronale raggiungono la Terra, la loro interazione con la magnetosfera può generare tempeste geomagnetiche. Queste tempeste possono creare aurore, che si verificano quando un flusso di particelle energetiche colpisce l’atmosfera e si illumina.
Le inversioni di campo
Il monitoraggio del campo magnetico
Gli scienziati mappano e tracciano la forma complessiva e l’orientamento del campo magnetico terrestre utilizzando misurazioni locali dell’orientamento e della magnitudine del campo e, più recentemente, modelli. La posizione del polo magnetico nord si è spostata di circa 600 miglia (965 chilometri) dalla prima misurazione effettuata nel 1831. La velocità di migrazione è aumentata da 10 miglia all’anno a 34 miglia all’anno (da 16 km a 54 km) negli anni più recenti. Questa accelerazione potrebbe indicare l’inizio di un’inversione di campo, ma gli scienziati non possono dirlo con certezza con meno di 200 anni di dati.
Le inversioni nel tempo geologico
Il campo magnetico terrestre si inverte su scale temporali che variano tra 100.000 e 1.000.000 di anni. Gli scienziati possono determinare la frequenza delle inversioni del campo magnetico esaminando le rocce vulcaniche negli oceani. Queste rocce catturano l’orientamento e la forza del campo magnetico terrestre quando vengono create, quindi la datazione di queste rocce fornisce un’immagine chiara di come il campo terrestre si sia evoluto nel tempo. Le inversioni di campo avvengono rapidamente da un punto di vista geologico, sebbene lentamente da una prospettiva umana. Di solito, un’inversione richiede alcuni migliaia di anni, ma durante questo tempo l’orientamento della magnetosfera può cambiare ed esporre maggiormente la Terra alle radiazioni cosmiche. Questi eventi possono cambiare la concentrazione di ozono nell’atmosfera.
Gli scienziati non possono prevedere con certezza quando avverrà la prossima inversione di campo, ma possiamo continuare a mappare e tracciare il movimento del polo magnetico nord terrestre.
