สนามแม่เหล็กโลก

(Magnetosphere)

Image credit: http://liftoff.msfc.nasa.gov/academy/space/Magnetosphere.GIF

สนามแม่เหล็กโลก (Magnetosphere)

สนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการกระบวนการไดนาโมของโลก กล่าวคือโลหะหนักที่มีสถานะเป็นของเหลวที่อยู่ในแกนโลกมีการหมุนวน ทำให้เกิดสนามแม่เล็กที่เอียงทำมุมประมาณ 10 องศาจากแกนหมุนของโลก ที่ผิวโลกมีความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกประมาณ 30,000 - 60,000 นาโนเทสลา และความเข้มจะค่อยๆ ลดลงเมื่ออยู่ห่างจากผิวโลกมากขึ้น 

รูปแสดงสนามแม่เหล็กโลกและแมกนีโตสเฟียร์

Image credit: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Magnetosphere_rendition.jpg

ขั้วแม่เหล็กแบ่งออกได้เป็นสองแบบ คือ

1. ขั้วแม่เหล็ก (magnetic poles)

2. ขั้วแม่เหล็กโลก (geomagnetic poles)

ขั้วแม่เหล็กคือตำแหน่งบนโลกที่สนามแม่เหล็กโลกมีทิศทางในแนวดิ่ง กล่าวได้อีกอย่างหนึ่งว่า ความเอียงของสนามแม่เหล็กโลกที่ขั้วแม่เหล็กเหนือมีค่าเป็น 90 องศา ในขณะที่ความเอียงของสนามแม่เหล็กโลกที่ขั้วใต้มีค่าเป็น -90 องศา ดังนั้นเมื่อเอาเข็มทิศปกติ (ซึ่งปกติจะหมุนได้เฉาะในแนวขวาง) ไปไว้ที่ขั้วแม่เหล็กเหนือหรือขั้วแม่เหล็กใต้ มันจะหมุนแบบสุ่มแทนที่จะชี้ไปทิศเหนือ

สนามแม่เหล็กโลกอาจประมาณได้ว่าเป็นสนามแบบไดโพล ซึ่งไดโพลนั้นมีตำแหน่งอยู่ที่ใจกลางโลก และไดโพลนั้นก็เป็นแกนของสนามแม่เหล็กโลกด้วย เนื่องจากสนามแม่เหล็กโลกไม่ได้เป็นไดโพลแบบสมบูรณ์ จึงทำให้ขั้วแม่เหล็กกับขั้วแม่เหล็กโลกอยู่คนละตำแหน่งกัน

รูปแสดงสนามแม่เหล็กโลก เปรียบเทียบกับแท่งแม่เหล็ก

Image credit: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/imgmag/mearthbar.gif

ตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กไม่ได้อยู่นิ่งกับที่ แต่จะเคลื่อนไปประมาณ 15 กิโลเมตรต่อปี เนื่องจากสนามแม่เหล็กโลกมีการเปลี่ยนแปลงขนาดและตำแหน่งอยู่ตลอด ขั้วแม่เหล็กทั้งสองมีการเคลื่อนตัวตลอดเวลา และไม่ขึ้นแก่กัน ปัจจุบันขั้วแม่เหล็กใต้อยู่ห่างจากขั้วโลกมากกว่าที่ขั้วแม่เหล็กเหนืออยู่ห่างจากขั้วโลก

บริเวณที่ล้อมรอบวัตถุท้องฟ้า (astronomical objects) ที่เกิดจากสนามแม่เหล็กของตัวมันเองเรียกว่า แมกนีโตสเฟียร์ (magnetosphere) โลกของเราก็มีแมกนีโตสเฟียร์  และดาวเคราะห์ที่มีสนามแม่เหล็ก (magnetized planets) อื่นๆ เช่น ดาวพฤหัส ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน นอกจากนี้เทหวัตถุท้องฟ้า (celestial objects) เช่นดาวแม่เหล็กก็มีแมกนีโตสเฟียร์เช่นกัน รูปร่างลักษณะของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกนั้น จะเป็นผลมาจากสนามแม่เหล็กโลก ลมสุริยะ และ สนามแม่เหล็กระหว่างดาวเคราะห์ ภายในแมกนีโตสเฟียร์ จะมีไอออนและอิเล็กตรอนจากทั้งลมสุริยะ และชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ของโลก ซึ่งถูกกักโดยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

รูปแสดง magnetosphere

Image credit: http://space.rice.edu/IMAGE/livefrom/5_magnetosphere.jpg

ขอบของแมกนีโตสเฟียร์ของโลกด้านที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์นั้นจะอยู่ห่างจากโลกประมาณ 70,000 กิโลเมตร (ประมาณ 10 - 12 เท่าของรัศมีโลก) ส่วนด้านที่อยู่ไกลจากดวงอาทิตย์จะมีลักษณะยืดออกไปคล้ายทรงกระบอกและมีขอบอยู่ห่างจากโลกประมาณ 20 - 25 เท่าของรัศมีโลก ส่วนที่เป็นหาง (magnetic tails) นั้นอยู่ห่างจากโลกไปถึง 200 เท่าของรัศมีโลก ที่บริเวณห่างจากโลกประมาณ 4 - 5 เท่าของรัศมีโลก ยังมีพลาสมาบางๆ ที่ประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจน และฮีเลียมหุ้มอยู่ เรียกว่า geocorona บางครั้งมันจะเปล่งแสงเมื่อถูกชนโดยอิเล็กตรอนที่มาจากแมกนีโตสเฟียร์

แนวการแผ่รังสีของแวน อัลเลน (Van Allen's Radiation belts) เป็นแนวที่มีอนุภาคถูกกักอยู่จำนวนมาก แบ่งออกเป็น 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ แนวการแผ่รังสีชั้นใน (Inner radiation belts) และ แนวการแผ่รังสีชั้นนอก (Outer radiation belts) โดยที่ชั้นนอกนนั้นจะเป็นบริเวณที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 1.5 เท่าของรัศมีโลก และอนุภาคที่มีมากในบริเวณนี้คือโปรตอนที่มีพลังงานประมาณ 10 - 100 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ ส่วนที่ชั้นนอกนั้นเป็นบริเวณที่อยู่ห่างจากโลกประมาณ 2.5 - 8 เท่าของรัศมีโลก และอนุภาคที่พบมาเป็นอิเล็กตรอนและโปรตอนที่มีพลังงานต่ำกว่า โดยจะมีพลังงานตั้งแต่ 65 กิโลอิเล็กตรอนโวลต์ และไม่เกิน 1 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์

รูปแสดงอนุภาคที่ถูกกักอยู่ในแนวการแผ่รังสีแวน อัลเลน (Van Allen radiation belts)

Image credit: http://www.physics.sjsu.edu/becker/physics51/images/28_16A_Van_Allen_belts.jpg

Magnetic tails เป็นบริเวณที่เส้นสนามแม่เหล็กที่มีขั้วตรงข้ามกันขนานกัน magnetic tail ของโลกจะอยู่ไกลไปถึงวงโคจรของดวงจันทร์ และ magnetic tail ของดาวพฤหัสก็จะอยู่ไกลไปถึงดาวเสาร์

อ้างอิง

-    http://en.wikipedia.org/wiki/Earth_magnetic_field

-    http://en.wikipedia.org/wiki/Magnetosphere