แก่นโลกมีองค์ประกอบหลักเป็นเหล็ก แก่นโลกชั้นใน(Inner core) มีความกดดันสูงจึงมีสถานะเป็นของแข็งส่วนแก่นชั้นนอก(Outer core) มีความกดดันน้อยกว่าจึงมีสถานะเป็นของเหลวหนืด แก่นชั้นในมีอุณหภูมิสูงกว่าแก่นชั้นนอกพลังงานความร้อนจากแก่นชั้นใน จึงถ่ายเทขึ้นสู่แก่นชั้นนอกด้วยการพาความร้อน(Convection) เหล็กหลอมละลายเคลื่อนที่หมุนวนอย่างช้าๆ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าและเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กโลก(The Earth’s magnetic field)
ภาพที่ 1 แกนแม่เหล็กโลก
อย่างไรก็ตามแกนแม่เหล็กโลกและแกนหมุนของโลกมิใช่แกนเดียวกัน แกนแม่เหล็กโลกมีขั้วเหนืออยู่ทางด้านใต้ และมีแกนใต้อยู่ทางด้านเหนือ แกนแม่เหล็กโลกเอียงทำมุมกับแกนเหนือ-ใต้ทางภูมิศาสตร์ (แกนหมุนของโลก) 12
°
ภาพที่ 2 สนามแม่เหล็กโลก
สนามแม่เหล็กโลกเป็นรูปทรงรีไม่สมมาตร (ภาพที่ 2) อิทธิพลของลมสุริยะทำให้ด้านที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มีความกว้างน้อยกว่าด้านตรงข้ามดวงอาทิตย์ สนามแม่เหล็กโลกไม่ใช่สิ่งคงที่แต่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มและสลับขั้วเหนือ-ใต้ทุกๆหนึ่งหมื่นปี ในปัจจุบันสนามแม่เหล็กโลกอยู่ในช่วงที่มีกำลังอ่อน สนามแม่เหล็กโลกเป็นสิ่งที่จำเป็นที่เอื้ออำนวยในการดำรงชีวิต หากปราศจากสนามแม่เหล็กโลกแล้ว อนุภาคพลังงานสูงจากดวงอาทิตย์และอวกาศจะพุ่งชนพื้นผิวโลกทำให้สิ่งมีชีวิตไม่สามารถดำรงอยู่ได้
เกร็ดความรู้:
ทิศเหนือที่อ่านได้จากเข็มทิศแม่เหล็กอาจจะไม่ตรงกับทิศเหนือจริงด้วยเหตุผล2 ประการ คือ
- ขั้วแม่เหล็กโลกและขั้วโลกมิใช่จุดเดียวกัน
- ในบางพื้นที่ เส้นแรงแม่เหล็กมีความเบี่ยงเบน(Magnetic deviation) มิได้ขนานกับเส้นลองจิจูด(เส้นแวง) ทางภูมิศาสตร์ แต่โชคดีที่บริเวณประเทศไทยมีค่าความเบี่ยงเบน0 ดังนั้นจึงถือว่าทิศเหนือแม่เหล็กเป็นทิศเหนือจริง
นกบางชนิดใช้สนามแม่เหล็กโลกในการนำทางในการบินอพยพระยะไกล
สนามแม่เหล็กและขั้วแม่เหล็กโลก (Earth’s magnetic field and Geomagnetic poles)
ขั้วเหนือของแม่เหล็กจะหันไปทางทิศเหนือของโลกเสมอ เช่นเดียวกับกับขั้วใต้ซึ่งจะหันไปทางทิศใต้ของโลก ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่า โลก คือแม่เหล็กขนาดใหญ่
แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะยังไม่สามารถให้คำอธิบายต่อการเกิดสนามแม่เหล็กโลกได้มากนัก แต่จากองค์ประกอบหลักภายในแก่นโลก คือ เหล็ก (Fe) และนิกเกิล (Ni) ซึ่งเป็นสารแม่เหล็กชั้นดีที่มีคุณสมบัติในการสร้างสนามพลัง หรือสนามแม่เหล็ก ทำให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่า การเคลื่อนที่ของหินหนืดภายในแก่นโลกชั้นนอก (Outer core) ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้เกิดสนามแม่เหล็กระหว่างขั้วแม่เหล็กโลกทั้งสอง
สนามแม่เหล็กโลก (Earth’s magnetic field) ห่อหุ้มโลกและชั้นบรรยากาศเอาไว้ โดยมีอาณาเขตที่มีแม่เหล็กกำลังสูงเรียกว่า “แม็กนีโตสเฟียร์” (Magnetosphere) ซึ่งมีความสำคัญเป็นอย่างยิ่งต่อการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากแม็กนีโตสเฟียร์ปกป้องโลกจากรังสีต่างๆในห้วงอวกาศ รวมถึงการป้องกันเราจาก “ลมสุริยะ” (Solar wind) หรือการปลดปล่อยพลังงานและอนุภาคของดวงอาทิตย์
นอกจากนี้ การปะทะกันระหว่างลมสุริยะและสนามแม่เหล็กโลก ยังก่อให้เกิดปรากฏการณ์ที่มหัศจรรย์ นั่นคือ ปรากฏการณ์แสงเหนือแสงใต้ หรือ “ออโรรา” (Aurora) ซึ่งเกิดจากการดูดกลืนและปลดปล่อยพลังงานของอนุภาคในชั้นบรรยากาศโลก (Ionosphere) ที่ก่อให้เกิดลำแสงบริเวณขั้วโลกทั้งสอง เกิดเป็นแสงเหนือ (Aurora borealis) ในแถบอะแลสกา แคนาดา และสแกนดิเนเวีย เช่นเดียวกับแสงใต้ (Aurora australis) ที่จะพบได้ในบริเวณแอนตาร์กติก ออสเตรเลีย และนิวซีแลนด์
ขั้วแม่เหล็กโลก (Geomagnetic Poles) นั้นแตกต่างจากขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ โดยที่ขั้วใต้ของแม่เหล็กโลกจะอยู่ทางซีกโลกเหนือ ในขณะที่ขั้วเหนือแม่เหล็กโลกนั้นจะอยู่ทางซีกโลกใต้ (ส่งผลให้ขั้วเหนือของแม่เหล็กในเข็มทิศชี้ไปยังทางเหนือของโลก) รวมถึงตำแหน่งของขั้วแม่เหล็กโลกที่อยู่ห่างจากขั้วทางภูมิศาสตร์ประมาณ 11.5 องศา เนื่องจากขั้วแม่เหล็กโลกมีการเคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาหรือราว 11 กิโลเมตรต่อปี
ตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการศึกษาหินอัคนี (Igneous rock) หรือหินที่เกิดจากการแข็งตัวของหินหลอมเหลวบนแผ่นเปลือกโลก ซึ่งนำพาองค์ประกอบของโลหะภายในชั้นแก่นโลกขึ้นมา ขณะที่หินเย็นตัวลง องค์ประกอบของโลหะเหล่านี้ มักวางตัวตามแนวเส้นแรงแม่เหล็ก แสดงให้เห็นถึงทิศทางของสนามแม่เหล็กโลกในช่วงเวลานั้น
จากการสำรวจ “ฟอสซิลแม่เหล็ก” (Magnetic fossils) ทั้งหลาย ทำให้นักวิทยาศาสตร์พบว่า ในช่วงเวลาหลายล้านปีที่ผ่านมา แนวเส้นแรงที่เกิดขึ้นบนหินบ่งชี้ทิศทางของขั้วแม่เหล็กโลกซึ่งแตกต่างกันออกไป
ถึงแม้ทฤษฎีธรณีแปรสัณฐาน (Plate tectonics theory) จะสามารถอธิบายถึงการเปลี่ยนตำแหน่งของหินแม่เหล็กเหล่านี้ได้ แต่จากหลักฐานทางธรณีวิทยามากมาย เปิดเผยเรื่องราวที่น่าประหลาดใจกว่าการค้นพบเส้นแรงแม่เหล็กบนตำแหน่งที่แปลกๆ นี้ เพราะนักวิทยาศาสตร์สามารถยืนยันได้ว่า ในช่วง 20 ล้านปีที่ผ่านมา เกิดเหตุการณ์การสลับทิศกันของขั้วเหนือและใต้ของขั้วแม่เหล็กโลก (Geomagnetic reversal) หลายครั้ง เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในทุก 2 ถึง 3 แสนปี ทำให้สนามแม่เหล็กโลกอ่อนลงและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต ซึ่งสาเหตุที่แท้จริงเบื้องหลังการสลับขั้วกันของแม่เหล็กโลกยังคงเป็นปริศนามาจนถึงทุกวันนี้
ข้อมูลอ้างอิง
สถาบันวิจัยดาราศาสตร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
National Geographic
www.explainthatstuff.com
องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA)
เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ : แรงโน้มถ่วงของโลก (Gravitational Force)
Pages: 1 2