Враждебная Солнечная система и слабеющий щит Земли Солнечная система насыщена смертоносной космической радиацией, и жизнь на Земле сохраняется только потому, что магнитосфера образует невидимый кокон вокруг планеты. Новые наблюдения показывают заметное ослабление этого защитного экрана над Южной Атлантикой, где радиация достигает опасно высокого уровня. Если магнитное поле продолжит ослабевать или в конечном счете исчезнет, последствия для жизни и пригодности для обитания будут серьезными.
Магнитосфера: Зонт размером с планету Магнитное поле Земли напоминает гигантский диполь, линии которого возникают вблизи южного магнитного полюса, огибают планету и вновь возвращаются вблизи северного магнитного полюса. Создаваемый в недрах Земли, этот щит отражает солнечный ветер — поток заряженных частиц, несущихся от Солнца со скоростью около 1,6 млн км/ч. Без этого барьера энергичные частицы проникали бы в живые ткани, нанося повреждения клеткам и вызывая смертельные дозы на поверхности.
Сражения солнечного ветра на полюсах: полярные сияния как предупреждение Под воздействием солнечного ветра магнитосфера сжимается на дневной стороне и образует длинный хвост, отводящий большую часть излучения за пределы Земли. Часть излучения попадает вдоль силовых линий в полярные атмосферы, где при столкновении с газами возникают полярные сияния. Чем ярче полярное сияние, тем интенсивнее продолжающаяся атака на наш щит.
Южноатлантическая аномалия возникает и расширяется Над Южной Атлантикой, недалеко от Бразилии, магнитное поле быстро ослабевает на площади примерно в восемь миллионов квадратных километров, и эта площадь продолжает расти. Здесь космическое излучение опускается на необычно низкие высоты, что приводит к более быстрому проникновению сквозь защитный экран, чем в других местах. Происхождение аномалии остается неясным, но ее биологические и технологические последствия вызывают тревогу.
Уязвимость космических аппаратов и авиации в условиях аномалии Спутники, пересекающие аномалию, сталкиваются со сбоями или отключениями из-за попадания энергичных частиц в электронику; даже космический телескоп "Хаббл" вынужден приостановить там свою работу. По мере того как поле над Южной Атлантикой становится все более плотным, глубина проникновения увеличивается, и дальнемагистральные самолеты, пролетающие над коридорами со слабым полем, могут столкнуться с перебоями в радиосвязи и повышенной радиацией. Экипажи и пассажиры могут столкнуться с повышенным риском для здоровья во время такого воздействия.
Керамика переживает стремительный упадок Крошечные зерна магнетита в обожженной глине во время охлаждения печи выравниваются с полем Земли, фиксируя силу и направление поля в прошлом. Измерения артефактов, датируемых примерно 1640-ми годами, показывают, что поле примерно на 10% сильнее, чем сегодня, что указывает на быстрое снижение. Продолжение недавней 150‑летней тенденции к ослаблению подразумевает потенциальную потерю месторождения примерно через пятнадцать столетий, если ничего не изменится.
Марс потерял Свой защитный экран и Свою пригодность для жизни Орбитальные данные показывают древнюю, сильно намагниченную кору Марса, что доказывает существование в прошлом глобального магнитного поля, сравнимого с земным. Как только марсианская динамо-машина перестала работать, солнечный ветер разрушил ее тонкую атмосферу, океаны испарились, температура резко повысилась, и любая зарождающаяся жизнь оказалась под угрозой. Планета превратилась в ледяную пустыню, известную сегодня, - суровое предупреждение о том, что может означать отсутствие щита.
Магнетизм из глубин: слоистые недра Земли Сейсмические волны показывают, что Земля слоистая, как луковица: тонкая твердая кора, более плотная, вязкая мантия, жидкое внешнее ядро из расплавленного железа и никеля и твердое внутреннее ядро, горячее, чем поверхность Солнца. Температура в глубине ядра превышает точку Кюри, поэтому Земля не может быть простым постоянным стержневым магнитом. Поле должно возникать из-за перемещения проводящего металла во внешнем ядре.
Геодинамика, продемонстрированная в жидком металле Вращающаяся механическая модель с твердой внутренней сферой и оболочкой из вращающегося жидкого натрия воспроизводит самоподдерживающееся магнитное поле. Дифференциальное вращение и конвекция в проводящей жидкости генерируют, скручивают и поддерживают силовые линии поля, воплощая геодинамику. Этот эксперимент показывает, как движение во внешнем ядре может создать стабильный щит планетарного масштаба.
Дрейф полюсов сигнализирует о неспокойном ядре Магнитный и географический полюса Земли не совпадают, и северный магнитный полюс проходит через Арктику. С 1970-х годов его дрейф ускорился примерно с 10 км в год до примерно 40 км в год, а в течение десятилетий он переместился в сторону Сибири. Такое блуждание отражает колебания геодинамики, а не простое, устойчивое охлаждение активной зоны.
Пятно обратной полярности под Южной Атлантикой Реконструкция поля показывает растущую область на границе ядра и мантии под Южной Атлантикой, где магнитная полярность противоположна доминирующему глобальному направлению. На поверхности это проявляется как Южно—Атлантическая аномалия — зона самого слабого поля планеты, занимающая площадь около 7,77 миллиона квадратных километров. Там, где полярность локально меняется, излучение проникает глубже в атмосферу, и брешь расширяется.
Воздействие космической радиации на астронавтов Во время полета "Аполлона‑11" астронавты сообщали о вспышках света даже с закрытыми глазами, которые позже были отнесены к высокоэнергетическим космическим лучам, проникающим в космический аппарат и сетчатку глаза. Заряженные частицы накапливаются в поясах Ван Аллена и представляют постоянную опасность за пределами магнитосферы. По меньшей мере у 39 астронавтов через несколько лет после облучения развилась катаракта, что подчеркивает растущие риски по мере ослабления нашей защиты.
Имитируемые развороты уменьшают Щит на тысячелетия Численные модели ядра показывают спонтанные изменения полярности, когда сложные потоки поля перестраиваются. При изменении направления глобальное магнитное поле падает, и магнитосфера сжимается ближе к поверхности Земли. Длительный период повышенной радиации может сохраняться в течение многих тысячелетий во время изменения направления и вокруг него.
Архивы Лавы Подтверждают Древнюю Смену Полярностей Быстро остывающие вулканические потоки сохраняют магнетитовые зерна, выровненные по современному полю, что определяет как силу, так и направление. Гавайские отложения фиксируют слои с современной ориентацией над более древними слоями, намагниченными к противоположному полюсу. Тысячи образцов документируют многочисленные изменения, происходящие каждые несколько сотен тысяч лет, причем последнее произошло около 780 000 лет назад — задолго до того, как люди смогли стать свидетелями такого изменения.
11‑Летний Цикл Солнца Усиливает Угрозы Магнитная полярность Солнца меняется примерно каждые 11 лет, вызывая циклы активности с бурными максимумами и более спокойными минимумами. Вблизи пиков появляются темные солнечные пятна, эруптивные протуберанцы и солнечные ветры ураганной силы, которые обычно выводят из строя спутники. Предыдущий максимум даже спровоцировал повсеместное отключение электроэнергии в Северной Америке, а ослабление земного поля повышает вероятность серьезных последствий.
Животные ориентируются по Полю Земли — и Их Можно обмануть Летучие мыши используют магнитный компас наряду с эхолокацией, и короткие магнитные импульсы, изменяющие их внутреннюю полярность, заставляют их лететь в неправильном направлении, прежде чем они приходят в себя. Массовая гибель китов на мели коррелирует с неожиданными магнитными аномалиями на морском дне, что говорит о том, что руководители неправильно интерпретируют свои геомагнитные карты и подвергают стаю опасности. По мере ослабления или локального изменения магнитного поля такие навигационные сбои могут распространиться на другие виды.
Отображение будущего поля с помощью Swarm Три спутника — один на высоте около 530 км и два на высоте около 430 км — оснащены магнитометрами нового поколения, позволяющими фиксировать едва заметные изменения интенсивности и полярности. Их измерения связывают сигналы с поверхности с потоками расплавленного железа на глубине почти 3000 км, что позволяет прогнозировать движение полюсов и их разворот. Эти прогнозы могут защитить космические аппараты, помочь пилотируемым миссиям и вдохновить технологии на преодоление неизбежного поворота.
Адаптация к более тонкому экрану По мере приближения обратного хода, поле будет продолжать ослабевать, и в экваториальное небо будет проникать все более смертоносная радиация, возможно, вызывая полярные сияния. Человечество не может контролировать геодинамику, но улучшение мониторинга и прогнозирования дает время для адаптации. Магнитосфера лежала в основе эволюции Земли; в то время как ее колебания разрушают все живое, связь с массовыми вымираниями остается недоказанной, и устойчивость решит нашу судьбу.