1. Caratteristiche del campo magnetico

1. Caratteristiche del campo magnetico

1. Descrizione

Il campo magnetico terrestre è un dipolo magnetico, con il polo magnetico S vicino al polo nord geografico terrestre e l’altro polo magnetico vicino al polo sud geografico terrestre. Questo rende la bussola utilizzabile per la navigazione. Un campo magnetico si estende all’infinito, anche se si indebolisce con la distanza dalla sua sorgente. Il campo magnetico terrestre, chiamato anche campo geomagnetico, che si estende efficacemente per diverse decine di migliaia di chilometri nello spazio, forma la magnetosfera terrestre.

La Terra è in gran parte protetta dal vento solare, un flusso di particelle cariche energetiche che emanano dal Sole, dal suo campo magnetico, che devia la maggior parte delle particelle cariche. Alcune delle particelle cariche del vento solare sono intrappolate nella fascia di radiazione di Van Allen. Un numero minore di particelle del vento solare riesce a viaggiare, come su una linea di trasmissione di energia elettromagnetica, verso l’atmosfera superiore e la ionosfera terrestre nelle zone aurorali. L’unico momento in cui il vento solare è osservabile sulla Terra è quando è abbastanza forte da produrre fenomeni come l’aurora e le tempeste geomagnetiche. Le aurore luminose riscaldano fortemente la ionosfera, causando l’espansione del suo plasma nella magnetosfera, aumentando le dimensioni della geosfera del plasma e causando la fuga della materia atmosferica nel vento solare. Le tempeste geomagnetiche si verificano quando la pressione dei plasmi contenuti all’interno della magnetosfera è sufficientemente grande da gonfiare e quindi distorcere il campo geomagnetico.

Il vento solare è responsabile della forma generale della magnetosfera terrestre e le fluttuazioni della sua velocità, densità, direzione e campo magnetico trascinato influenzano fortemente l’ambiente spaziale locale della Terra. Ad esempio, i livelli di radiazioni ionizzanti e interferenze radio possono variare in base a fattori da centinaia a migliaia; e la forma e la posizione della magnetopausa e dell’onda d’urto di prua a monte di essa possono cambiare di diversi raggi terrestri, esponendo i satelliti geosincroni al vento solare diretto. Questi fenomeni sono collettivamente chiamati meteo spaziale. Il meccanismo di stripping atmosferico è causato dal gas che viene catturato in bolle di campo magnetico, che vengono strappate via dai venti solari. Le variazioni dell’intensità del campo magnetico sono state correlate alla variazione delle precipitazioni all’interno dei tropici. 

2. Posizione dei poli

Le posizioni dei poli magnetici possono essere definite in almeno due modi.

Spesso, un polo magnetico è visto come un punto sulla superficie terrestre in cui il campo magnetico è interamente verticale. Un altro modo per dire questo è che l’inclinazione del campo terrestre è di 90° al Polo Nord Magnetico e -90° al Polo Sud Magnetico. Ad un polo magnetico, una bussola tenuta nel piano orizzontale punta in modo casuale, in tutti gli altri posti punta quasi al Polo Nord Magnetico o lontano dal Polo Magnetico Sud, sebbene esistano deviazioni locali. I due poli vagano indipendentemente l’uno dall’altro e non si trovano in posizioni direttamente opposte sul globo. Il polo magnetico può migrare rapidamente, sono state effettuate osservazioni fino a 40 km all’anno per il Polo Nord Magnetico.

Il campo magnetico terrestre può essere approssimato dal campo di un dipolo magnetico posizionato vicino al centro della Terra. L’orientamento di un dipolo è definito da un asse. Le due posizioni in cui l’asse del dipolo che meglio si adatta al campo geomagnetico intersecano la superficie terrestre sono chiamate poli geomagnetici Nord e Sud. Per adattarsi al meglio, il dipolo che rappresenta il campo geomagnetico dovrebbe essere posizionato a circa 500 km dal centro della Terra. Ciò fa sì che la fascia di radiazione interna scorra più in basso nell’Oceano Atlantico meridionale, dove il campo superficiale è il più debole, creando quella che viene chiamata l’anomalia dell’Atlantico meridionale.

Se il campo magnetico terrestre fosse perfettamente dipolare, i poli geomagnetici e magnetici coinciderebbero. Tuttavia, termini significativi non dipolari in una descrizione accurata del campo geomagnetico fanno sì che la posizione dei due tipi di poli si trovi in luoghi diversi.

3. Caratteristiche tecniche del campo magnetico

La forza del campo sulla superficie terrestre varia da meno di 30 microtesla (0,3 gauss) in un’area che comprende la maggior parte del Sud America e del Sud Africa a oltre 60 microtesla (0,6 gauss) intorno ai poli magnetici nel Canada settentrionale e nel sud dell’Australia, e in parte della Siberia. L’intensità media del campo magnetico nel nucleo esterno della Terra è stata misurata in 25 Gauss, 50 volte più forte del campo magnetico in superficie. 

Il campo è simile a quello di una barra magnetica. Il campo magnetico terrestre è causato principalmente da correnti elettriche nel nucleo esterno liquido. Il nucleo della Terra è più caldo di 1043 K, la temperatura del punto di Curie al di sopra della quale gli orientamenti degli spin all’interno del ferro diventano randomizzati. Tale randomizzazione fa sì che la sostanza perda la sua magnetizzazione.

La convezione di ferro fuso all’interno del nucleo liquido esterno, insieme ad un effetto Corioliscausato dalla rotazione planetaria complessiva, tende ad organizzare queste “correnti elettriche” in rotoli allineati lungo l’asse polare nord-sud. Quando si conducono flussi di fluido attraverso un campo magnetico esistente, vengono indotte correnti elettriche, che a loro volta creano un altro campo magnetico. Quando questo campo magnetico rafforza il campo magnetico originale, viene creata una dinamo che si sostiene. Questa è chiamata la teoria della dinamo e spiega come viene sostenuto il campo magnetico terrestre.

Un’altra caratteristica che distingue magneticamente la Terra da una barra magnetica è la sua magnetosfera. A grandi distanze dal pianeta, questo domina il campo magnetico superficiale. Anche le correnti elettriche indotte nella ionosfera generano campi magnetici. Tale campo viene sempre generato vicino a dove l’atmosfera è più vicina al Sole, causando alterazioni quotidiane che possono deviare i campi magnetici superficiali di ben un grado. Le variazioni giornaliere tipiche dell’intensità del campo sono di circa 25 nanotesla (nT), con variazioni nell’arco di pochi secondi di circa 1 nanotesla (nT).

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