Jordens magnetfält
Den 23 februari 1999 lyfte Ørstedsatelliten från flygbasen Vandenberg i Kalifornien. Den vägde bara 62 kilo och var inte större än två ölbackar staplade ovanpå varandra. Ändå har satellitens betydelse för våra kunskaper om jordens magnetfält varit enorm.
Utrustad med två magnetometrar uppmätte Ørstedsatelliten data om jordens magnetfält. Kartläggningarna avslöjade bland annat att jordens magnetiska poler flyttar sig med upp emot 50 kilometer om året och kanske är på väg att byta plats.
Om det händer kommer jordens magnetfält att försvagas avsevärt, vilket kan få stora konsekvenser.
Jordens magnetfält fungerar nämligen som en sköld mot strålning från rymden, och om planetens försvar försvinner kommer ett verkligt bombardemang av farliga partiklar från rymden att tränga ned till jorden och hota hela mänsklighetens existens.
Jordens magnetfält avböjer solens strålning och skickar ut farliga partiklar i rymden.
Vad är jordens magnetfält?
Jordens magnetfält beskrevs första gången år 1600 i William Gilberts, engelsk naturfilosof och läkare, avhandling ”De magnete”. I den visade Gilbert att en kompassnål pekar mot nord, därför att jorden själv uppenbarligen uppför sig som en stor magnet.
År 1820 upptäckte den danske fysikern H.C. Ørsted att elektriska strömmar bildar magnetfält och 1839 visade den tyske matematikern Carl Friedrich Gauss att jordens magnetfält huvudsakligen bildas av processer i jordens inre.
Den första detaljerade kartläggningen av styrkan och riktningen av jordens magnetfält levererades av Nasas Magsat-satellit 1980, men den levererade bara data under åtta månader. Den efterföljdes av Ørstedsatelliten 1999 och sedan 2013 har de så kallade Swarm-satelliterna kartlagt jordens magnetfält med otrolig precision.
Swarm-satelliterna utgörs av satelliterna Alpha, Bravo och Charlie, som tillsammans mäter styrkan och riktningen av jordens magnetfält. Samarbetet gör mätningarna tio gånger mer precisa än med en ensam satellit.
I dag vet vi att jordens magnetfält främst uppstår på grund av strömmar i det yttre, flytande lagret av jordens kärna.
Den viktigaste kraften i upprätthållandet av jordens magnetfält är jordens rotation. När jorden snurrar driver den en dynamo, närmare bestämt en så kallad geodynamo, inuti planetens inre. En dynamo är kort sagt en maskin, i vilken rörelseenergi omvandlas till elektrisk energi.
I jordens fall består dynamon av strömmar av flytande järn i jordens yttre kärna. Jordens rotation håller järnet i rörelse, vilket skapar ett magnetfält. När magnetfältet drar i det magnetiska och elektrisk ledande ämnet, så uppstår nya elektriska strömmar i järnet som i sin tur skapar nya magnetfält.
Så fungerar jordens magnetfält
Jordens magnetfält uppstår i den yttre delen av planetens kärna och skapas av flytande järn i rörelse. Magnetfältet skyddar mot skadliga rymdpartiklar som primärt kommer från solen.
Rotationer sätter jordens inre i rörelse
När jorden roterar runt sin egen axel håller den i gång en ändlös geodynamo i planetens yttre kärna av flytande järn.
Flytande järnströmmar bildar magnetfält
Rörelserna i järnet ger upphov till elektriska strömmar, och dessa strömmar bildar magnetfält i en självförstärkande process.
Jordens magnetfält bildar en sköld runt jorden
Järnets virvelrörelser skapar ett magnetfält som skyddar jorden mot strålning av farliga partiklar från solen.
Jordens magnetfält försvagas
Ett kraftigt och stabilt magnetfält är en förutsättning för vår moderna civilisation. Jordens magnetfält fungerar nämligen som en sköld, som avböjer partiklar från solvinden, så att majoriteten av strålningen inte träffar jorden.
Men under de senaste 175 åren har jordens magnetfält blivit allt svagare, och i dag är det nio procent svagare än det var 1840, visar satellitmätningar.
Orsaken till att jordens magnetfält försvagas är ännu inte helt klargjord.
Enligt forskarna kan det bero på att vi står inför en så kallad polvändning, då de magnetiska polerna i norr och syd byter plats.
Under en polvändning uppstår problem med jordens magnetfält. Datorsimuleringar visar att styrkan minskar till under tio procent av dagens. Dessutom uppstår det små, lokala magnetfält, som kommer att omöjliggöra exempelvis navigering med kompass.
Särskilt intressant är ett område under Indiska oceanen, där malströmmar av järn i jordens kärna flyttar material från Sydpolen norrut mot ekvatorn.
Det är sådana rörelser som försvagar magnetfältet, enligt forskaren Chris Finlay från DTU Space, som har studerat malströmmen utifrån data från bland annat Swarm-satelliterna.
”Våra modeller visar att malströmmen kommer att fortsätta att skapa en minskning i styrka hos jordens magnetfält under kommande årtionden”, säger Chris Finlay.
Jordens magnetfält skyddar mot angrepp från rymden
Polerna har bytt plats flera gånger under jordens livstid. Det hände senast för 790 000 år sedan, då den magnetiska nordpolen flyttade norrut från Antarktis i söder till sin nuvarande placering vid Arktis i norr.
Forskarna är oeniga om när nästa polvändning kommer att äga rum, men konsekvenserna av ett svagare magnetfält tvistar man inte om.
Försvagningen av jordens magnetfält kommer att öka strålningen från rymden. Energirika partiklar kommer att braka igenom vår atmosfär och krossa sårbar elektronik och provocera fram hål i ozonlagret så att skadlig ultraviolett uvb-strålning från solen kan tränga igenom och öka förekomsten av exempelvis hudcancer.
VIDEO: Nasa övervakar hål i jordens magnetfält
Det svagaste området i jordens magnetfält – den så kallade sydatlantiska anomalin – som sträcker sig från Chile i Sydamerika till Zimbabwe i Afrika, växer och blir allt svagare. Nasa håller detta ”hål” i magnetfältet under noga uppsikt, eftersom det kan ge problem för satelliter i området, som inte längre är skyddade mot solpartiklar.
Den goda nyheten är att jordens magnetfält kommer att återgå till sin ursprungliga styrka när polvändningen väl har ägt rum.
En total kollaps av jordens magnetfält är alltså inte nära förestående, och om det sker blir det först om flera miljarder år, uppskattar forskarna.