Nad biegunami Ziemi dzieje się coś dziwnego. Nawet satelity nie wiedzą, gdzie lecieć

Pole magnetyczne Ziemi stanowi naszą najważniejszą tarczę przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym, zarówno tym emitowanym przez Słońce, jak i wysokoenergetycznym promieniowaniem galaktycznym. To dzięki niemu atmosfera Ziemi nie uciekła w przestrzeń kosmiczną, a życie na powierzchni naszej planety ma się doskonale. Okazuje się jednak, że pole magnetyczne może także stwarzać pewne zaskakujące problemy.
ziemia
ziemia

W erze wysokich technologii i podboju kosmosu pole magnetyczne jest powszechnie wykorzystywane przez różne rozwiązania technologiczne na powierzchni Ziemi oraz przez satelity znajdujące się na orbicie okołoziemskiej, szczególnie te, które przelatują nad biegunami naszej planety.

Problem jednak w tym, że wszelkie burze słoneczne — których obecnie mamy mnóstwo — oraz prądy oceaniczne wpływają na pole magnetyczne i powodują jego odchylenia i wahania. Wszystkie te zmiany z kolei mają wpływ na precyzję teoretycznych modeli pola magnetycznego, które wykorzystuje się w systemach nawigacyjnych wykorzystywanych obecnie we wszystkich środkach transportu, od samochodów, przez samoloty, po statki. Z takich samych systemów korzystają także satelity.

Czytaj także: Coś dziwnego się dzieje z polem magnetycznym Ziemi. To ono chroni nas przed wybuchami na Słońcu

Naukowcy z Uniwersytetu Michigan postanowili przyjrzeć się w ramach projektu badawczego rozbieżnościom między polem magnetycznym przewidzianym przez modele teoretyczne a polem magnetycznym zmierzonym przez satelity poruszające się po orbitach polarnych. Wyniki tych badań zostały właśnie opublikowane w periodyku JGR Space Physics.

Co do zasady pole magnetyczne naszej planety powstaje w ciekłym żelaznym jądrze we wnętrzu naszej planety. Powstające tam prądy elektryczne ustawiają się wzdłuż osi rotacji naszej planety. Warto jednak podkreślić, że bieguny magnetyczne Ziemi nie zbiegają się dokładnie z biegunami geograficznymi.

Co więcej, ruch jądra sprawia, że bieguny magnetyczne bezustannie przesuwają się po powierzchni naszej planety. To oczywiście sprawia, że stworzenie precyzyjnej mapy pola magnetycznego jest poważnym wyzwaniem.

W 2013 roku Europejska Agencja Kosmiczna wysłała w przestrzeń kosmiczną trzy satelity, których jedynym zadaniem było mierzenie pola magnetycznego Ziemi z wysoką dokładnością. Satelity sieci Swarm zbierają dane o polu magnetycznym Ziemi od samego jądra, aż do magnetosfery. Zebrane w ten sposób dane pozwalają obserwować zmienność pola magnetycznego na różnych wysokościach i w różnych miejscach na Ziemi. Warto tutaj zwrócić uwagę, że naukowcy w swojej pracy wykorzystali dane zebrane przez satelity w latach 2014-2020, a więc w czasie, gdy Słońce było spokojne i nie dochodziło w okolicach Ziemi do burz geomagnetycznych.

Dane z satelitów Swarm zostały porównane z matematycznym modelem pola geomagnetycznego IGRF, czyli z modelem, który wykorzystywany jest w celach badawczych i nawigacyjnych. Model ten jest aktualizowany co pięć lat, aby uwzględniać powoli zachodzące zmiany pola magnetycznego Ziemi.

Czytaj także: Jak brzmi pole magnetyczne Ziemi? Przerażająco!

W badanym okresie czasu naukowcy zauważyli duże odchylenia pola magnetycznego w jednym procencie czasu. Rozbieżność jest niewielka, jednak istotna dla wszystkich satelitów korzystających z pola magnetycznego do nawigacji. Największe odchylenia zarejestrowano na 70 i 80 stopniu szerokości geograficznej magnetycznej.

Być może najbardziej zaskakującym faktem jest to, że badanie ujawniło znaczące asymetrie w rozmieszczeniu dużych reszt na półkuli północnej i południowej. Naukowcy zwrócili uwagę, że najczęściej zakłada się, że pole magnetyczne jest symetryczne, a więc północny i południowy biegun Ziemi są dokładnie po przeciwległych stronach Ziemi. Rzeczywistość jest jednak inna. Mamy bowiem do czynienia z istotną asymetrią pola magnetycznego, co oznacza, że przesunięcie bieguna magnetycznego na północy względem bieguna geograficznego jest inne niż na południu. Biegun północny znajduje się mniej więcej na 84 stopniach szerokości i 169 stopniach długości, podczas gdy biegun południowy znajduje się na około −74 stopniach szerokości i 19 stopniach długości.

Efekt? Bardzo często mamy do czynienia z odchyleniami orbit satelitów krążących wokół Ziemi, które wynikają z błędnej interpretacji danych magnetycznych, a nie z zaburzeń geofizycznych. Uwzględnienie tej wiedzy w tworzeniu modeli pola magnetycznego pozwoli znacząco poprawić systemy nawigacji przeznaczone zarówno dla satelitów, jak i dla samolotów, szczególnie w rejonach okołobiegunowych.