สนามแม่เหล็กโลกมีความสําคัญอย่างไร

โลกเรามีสนามแม่เหล็กห่อหุ้มทั่วทั้งดวง สนามแม่เหล็กโลกมีบทบาทสำคัญในการเป็นเกราะปกป้องบรรยากาศของโลกจากลมสุริยะ  แต่สนามแม่เหล็กของโลกมิใช่สิ่งคงที่ถาวร บางครั้งอาจมีการสลับขั้วขึ้น จากขั้วเหนือเป็นขั้วใต้ จากขั้วใต้เป็นขั้วเหนือ นักวิทยาศาสตร์พบหลักฐานการสลับขั้วแม่เหล็กโลกในอดีตมาแล้วหลายครั้ง

องค์การอวกาศยุโรปหรือองค์การอีซามีดาวเทียมชุดหนึ่งชื่อว่า สวอร์ม ฝูงบินนี้ขึ้นสู่อวกาศเมื่อปลายปี 2556 ประกอบด้วยดาวเทียมสามดวงปฏิบัติภารกิจร่วมกันในการตรวจวัดการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กโลกทั้งจากแกนโลก เนื้อโลก เปลือกโลก มหาสมุทร รวมถึงบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์และแมกนีโทสเฟียร์

เมื่อต้นเดือนที่ผ่านมา ได้มีการเปิดเผยข้อมูลจากสวอร์มที่แสดงถึงความเข้มสนามแม่เหล็ก ณ บริเวณต่าง ๆ ที่เปลี่ยนแปลงทั้งเข้มขึ้นและอ่อนลงรวมถึงอัตราการเปลี่ยนแปลงด้วย

ข้อมูลจากสวอร์มแสดงว่า สนามแม่เหล็กแถบตอนบนของทวีปอเมริกาเหนืออ่อนกำลังลงประมาณ 3.5 เปอร์เซ็นต์ ส่วนในเอเชียกับเข้มขึ้นประมาณ 2 เปอร์เซ็นต์ ส่วนบริเวณที่เรียกว่า เขตผิดปกติแอตแลนติกใต้ ซึ่งเป็นบริเวณที่สนามแม่เหล็กอ่อนที่สุดกำลังขยับไปทางตะวันตกอย่างต่อเนื่องพร้อมกับอ่อนกำลังลงไปอีก 2 เปอร์เซ็นต์ นอกจากนี้ ตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กก็กำลังเปลี่ยนตำแหน่งเช่นกัน พบว่าขั้วเหนือแม่เหล็กโลกกำลังเคลื่อนที่ไปทางตะวันออกและจะขึ้นบกที่ทวีปเอเชีย 

เขตผิดปกติแอตแลนติกใต้ หมายถึงบริเวณหนึ่งในมหาสมุทรแอตแลนติก อยู่ห่างจากฝั่งของบราซิลประมาณ 200-300 กิโลเมตร บริเวณนี้เป็นจุดที่แถบรังสีแวนอัลเลนอยู่ใกล้ผิวโลกมากโดยอยู่เหนือผิวโลกขึ้นไปเพียง 200-800 กิโลเมตรเท่านั้น ดาวเทียมที่เคลื่อนผ่านบริเวณนี้จะได้รับรังสีจากอนุภาคพลังงานสูงมากกว่าบริเวณอื่น

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสนามแม่เหล็กโลกเกิดขึ้นจากกระแสวนของเหล็กและนิกเกิลหลอมเหลวที่อยู่ในแก่นโลกชั้นนอกลึกลงไปใต้ผิวโลกราว 3,000 กิโลเมตร เมื่อเหล็กหลอมเหลวไหลวนตามการหมุนรอบตัวเองของโลกจะเหนี่ยวนำให้เกิดกระแสไฟฟ้า เป็นปรากฏการณ์คล้ายกับที่เกิดขึ้นในไดนาโม เมื่อเกิดกระแสไฟฟ้าสนามแม่เหล็กก็เกิดขึ้นตามมา และเมื่อใดที่ทิศทางหรือความเร็วในการไหลของโลหะเหลวที่แกนโลกชั้นนอกเปลี่ยน ก็จะทำให้สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย 

"ข้อมูลที่ได้จากสวอร์มทำให้เราทราบว่าความเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กดูเหมือนจะเกิดจากการที่โลหะเหลวที่แกนโลกไหลเร็วขึ้น" คริส ฟินเลย์ นักวิทยาศาสตร์จากสถาบันอวกาศแห่งชาติในเดนมาร์กกล่าว

การที่โลหะหลอมเหลวที่แกนโลกไหลเร็วขึ้นจะหมายถึงใกล้ถึงเวลาสลับขั้วแล้วหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า อาจเป็นไปได้ แม้จะยังไม่ยืนยันแน่ชัด เนื่องด้วยยังไม่เข้าใจสาเหตุของการอ่อนกำลังของสนามแม่เหล็กในบางพื้นที่ดีนัก 

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตำแหน่งขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลก (North magnetic pole) ได้เคลื่อนที่ไปจากเดิมอย่างรวดเร็วขึ้นกว่าที่เคยคาดการณ์กันไว้หลายเท่า สร้างความสับสนคลาดเคลื่อนให้กับเข็มทิศ ระบบจีพีเอส และระบบนำร่องทางทหารต่าง ๆ ที่ใช้ขั้วแม่เหล็กดังกล่าวในการอ้างอิงพิกัดตำแหน่ง

เมื่อไม่นานมานี้ องค์การบริหารกิจการด้านบรรยากาศและมหาสมุทรแห่งชาติสหรัฐฯ หรือโนอา (NOAA) ต้องขอให้มีการปรับเปลี่ยนตำแหน่งขั้วเหนือในแบบจำลองแม่เหล็กโลก (World Magnetic Model - WMM)โดยด่วน ซึ่งได้มีการดำเนินการเรียบร้อยไปเมื่อต้นเดือน ก.พ.ที่ผ่านมา ถือเป็นการแก้ไขล่วงหน้าก่อนกำหนดถึงหนึ่งปี

ขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลก ตั้งอยู่คนละแห่งกับขั้วโลกเหนือ (North pole) ที่เป็นตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ ทั้งยังมีการเคลื่อนที่เปลี่ยนตำแหน่งขึ้นไปทางเหนืออย่างต่อเนื่องตลอดช่วงศตวรรษที่ผ่านมาอีกด้วย แต่ในช่วงไม่กี่ปีมานี้ อัตราการเคลื่อนตัวโดยเฉลี่ยได้พุ่งสูงขึ้นเป็น 48 กิโลเมตรต่อปี ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงฉับพลันที่อาจส่งผลกระทบอย่างใหญ่หลวงต่อความเข้มของสนามแม่เหล็กโลก ซึ่งเป็นเกราะปกป้องสิ่งมีชีวิตจากรังสีอันตรายในอวกาศ

ล่าสุดทีมนักธรณีฟิสิกส์จากฝรั่งเศสและเดนมาร์ก ได้แก่ ดร.จูเลียน ออแบรต์ และดร.คริสโตเฟอร์ ฟินเลย์ ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาถึงสาเหตุที่ทำให้ขั้วเหนือของสนามแม่เหล็กโลกเคลื่อนตัวไปอย่างรวดเร็วในวารสาร Nature ว่า อาจเป็นเพราะการไหลของกระแสธารเหล็กหลอมละลายที่แกนโลกชั้นนอกเกิดความปั่นป่วนอย่างฉับพลัน

คำบรรยายภาพ,

สนามแม่เหล็กโลกส่วนใหญ่เกิดจากการเคลื่อนตัวของเหล็กหลอมละลายที่แกนโลกด้านนอก ช่วยป้องกันสิ่งมีชีวิตจากรังสีอันตรายในอวกาศ

ตามปกติแล้วสนามแม่เหล็กโลกเกิดจากการไหลเวียนของกระแสนิกเกิลและเหล็กหลอมละลาย ซึ่งอยู่ลึกลงไป 2,900 กิโลเมตรใต้พื้นผิวโลก ความเปลี่ยนแปลงของพลวัตรการไหลเวียนนี้ ทำให้สนามแม่เหล็กโลกมีความเข้มขึ้นหรืออ่อนลงได้เป็นครั้งคราว และมีการกลับขั้วแม่เหล็กโลกโดยเฉลี่ยทุก 200,000 - 300,000 ปี หรือนานกว่านั้นเช่นทุก 1 ล้านปี

การคำนวณโดยแบบจำลองคอมพิวเตอร์ชี้ว่า การถ่ายเทความร้อนจากแกนโลกด้านในออกมาด้านนอก สามารถส่งผลต่อสนามแม่เหล็กโลกได้ โดยในบางครั้งมวลของเหล็กหลอมเหลวที่อยู่ด้านในบางส่วนอาจร้อนขึ้น จนมีความเบาและหนาแน่นน้อยกว่าโลหะหลอมเหลวอื่น ๆ โดยรอบ ทำให้มวลเหล็กหลอมเหลวดังกล่าวลอยตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว ความเคลื่อนไหวนี้เกิดเป็นคลื่นแม่เหล็กพลังรุนแรง ที่ทำให้สนามแม่เหล็กโลกและขั้วแม่เหล็กโลกเปลี่ยนแปลงฉับพลันได้

อย่างไรก็ตาม ทีมผู้วิจัยอธิบายว่าเราไม่จำเป็นต้องกังวลถึงหายนะภัยจากการสูญเสียสนามแม่เหล็กโลก เหมือนที่ได้เห็นกันในภาพยนตร์เรื่องเดอะคอร์ (The Core) เพราะตราบใดที่แกนโลกยังไม่หยุดหมุน ความเปลี่ยนแปลงของตำแหน่งขั้วแม่เหล็กโลก รวมทั้งความเข้มของสนามแม่เหล็กโลกโดยรวมจะไม่ลดลงมากนัก ซึ่งจะไม่ทำให้โลกต้องสูญเสียชั้นบรรยากาศและสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ไปแน่นอน