Jak “wyłączyć” pole magnetyczne?

Niedawno natrafiłem na powyższy wpis, po którego przeczytaniu poczułem się, delikatnie mówiąc, dziwnie. Prawie 800 lajków, ponad 200 tysięcy wyświetleń, a jest to piramidalna bzdura. Ludzie, czytając wpisy dziennikarzy, zakładają, że ktoś taki albo wie, o czym mowa, albo przynajmniej sprawdził. Tymczasem mamy tezę tak absurdalną, że przyszły mi do głowy słowa nie bardzo nadające się do cytowania. Żeby wyłączyć pole magnetyczne, trzeba by pozbyć się jego źródła. Myślę, że każdy już rozumie absurd zawarty w cytowanym wpisie. Jak jeden wybuch miałby to zrobić w przypadku całej planety? Zdarzały się przecież znacznie większe katastrofy, jak choćby uderzenia planetoid, które z pewnością odcisnęły ślad o wiele większy niż nasze bomby atomowe.

Co zdarzyło się 50 lat temu? Nie wiem, ale sądzę że Autor miał na myśli amerykański test bomby termojądrowej znany pod kryptonimem “Starfish Prime” który miał miejsce w Lipcu 1962 r. Czyli nie 50, ale 62 lata temu Amerykanie zdetonowali na wysokości ok. 400 km głowicę o mocy ok. 1,5 Mt. Jednym ze skutków tego testu były uszkodzone latarnie uliczne na Hawajach, a także zniszczone linie telefoniczne i kilka satelitów na niskiej orbicie. Nie był to zresztą pierwszy przypadek, kiedy efekty przekroczyły oczekiwania Amerykanów, gdyż czegoś nie przewidziano – za przykład niech posłuży próba “Castle Bravo”. Nie przewidziano dodatkowych reakcji które zaszły w materiale rzoszczepialnym które dramatycznie zwiększyły moc samego wybuchu. Jego skutkiem był opad nuklearny który stał się przyczyną katastrofy ekologicznej na atolu Bikini. W przypadku “Starfish Prime” nie przewidziano mocy impulsu elektromagnetycznego, który jest jednym ze skutków eksplozji jądrowej. To on był przyczyną wspomnianych zniszczeń, ale w żadnym wypadku nie wyłączył nam magnetosfery! Aby stało się to bardziej czytelne, porozmawiajmy sobie trochę o samym impulsie elektromagnetycznym, magnetosferze, magnesie i o tym, jak się psuje takie rzeczy. Jeśli chcecie wiedzieć więcej o samej próbie i jej skutkach to polecam artykuł: https://www.konflikty.pl/historia/zimna-wojna/starfish-prime-bomba-wodorowa-w-kosmosie/

Czym jest sama magnetosfera? Mówiąc najprościej jak się da, jest to taki obszar przestrzeni, gdzie wszystkie zjawiska związane z oddziaływaniem elektromagnetycznym są zdominowane przez pole magnetyczne obiektu, który je wytwarza. Nasza planeta wytwarza pole magnetyczne i bez wątpienia powoduje wspomniany efekt, czego dowodem jest działanie kompasu. Igła wskazuje biegun magnetyczny planety, a więc ma ona magnetosferę. Pytanie, na które warto sobie odpowiedzieć brzmi więc: skąd bierze się ziemskie pole magnetyczne? Zastanówmy się nad tym, jak powstaje pole magnetyczne jako takie.

Obiekty które wytwarzają takie pole zna każdy choćby w formie magnesów na lodówce. Zbudowane są one z cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym, a jak pamiętamy z równań Maxwella, zmienne w czasie pole elektryczne generuje pole magnetyczne. No to całość jest jasna: pole magnetyczne jest związane z ruchem elektronów wokół jądra oraz z ich spinem tj. wewnętrznym momentem pędu. Daje on efekt, który można sobie wyobrazić jako ruch obrotowy cząstki wokół własnej osi. Oczywiście żadna z cząstek nie wiruje, ale zachowuje się, jakby wirowała. Ot, mechanika kwantowa 🙂

Każdy z atomów z uwagi na te dwie cechy zachowuje się jak mały mages. Niektóre materiały wykazują takie właściwości z powodu tego, jak elektrony zajmują miejsca na poszczególnych powłokach wokół jądra. Jak pamiętamy, każdy pierwiastek w stanie podstawowym składa się z pewnej liczby protonów w jądrze i odpowiadającej im liczby elektronów na wspomnianych powłokach. Elektrony zapełniają kolejne powłoki według porządku określonego tzw. „regułą Hunda″, jak na ilustracji poniżej:

Na pierwszej powłoce, zawierającej jeden orbital typu s, mieszczą się dwa elektrony; na kolejnej mieści się ich osiem, następnie 18 i tak dalej. Elektrony zaczynają zapełniać kolejną powłokę po wypełnieniu poprzedniej. Czasem prowadzi to do sytuacji, w której jeden z elektronów na ostatniej powłoce pozostaje niesparowany z innym. W przypadku metali, gdzie elektrony znajdują się względnie blisko siebie, oddziałują one na siebie jak małe magnesy, powodując ustawienie się ich spinów w jednym kierunku, co powoduje powstanie tzw. domeny magnetycznej, czyli obszaru trwałego namagnesowania. Dokładnie to samo zjawisko możemy zaobserwować na dużą skalę w przypadku oddziaływania na siebie magnesów sztabkowych, które ustawiają się do siebie równolegle. Istnieją materiały, które można “namagnesować” poprzez przyłożenie magnesu. Oddziaływanie z jego polem poustawia spiny w odpowiednim porządku.

Czy wobec tego powodem istnienia ziemskiego pola magnetycznego jest zawartość takich pierwiastków w jej wnętrzu? Nie, powodem tego jest to, co może zniszczyć omawiany wyżej magnes lodówkowy. Każdy magnes powyżej temperatury granicznej, znanej od nazwiska jej odkrywcy temperaturą Curie, traci swoje właściwości. Powodem tego są drgania termiczne, które uniemożliwiają ustawienie się elektronów we w miarę stabilnym porządku. Żelazo powyżej 1043 K traci swoje magnetyczne właściwości. Domeny magnetyczne w materiale mogą zniszczyć również drgania mechaniczne spowodowane np. młotkiem, choć wymaga to dość długiego uderzania. To, co wydostaje się z wnętrza naszej planety w postaci lawy, posiada temperaturę o kilkaset kelwinów wyższą, a im głębiej, tym cieplej. Z pewnością za ziemską magnetosferą stoi inne zjawisko!

Nosi ono nazwę dynama magnetohydrodynamicznego! Jeśli coś ma w nazwie “hydro”, to z pewnością będzie mowa o jakiejś cieczy, a dynamo jak działa, to każdy wie: coś się obraca ruchem wirowym i powstaje prąd elektryczny. Czy istnieje ciecz, której płynięcie mogłoby generować pole magnetyczne? Tak, przypominam o pewnym stanie skupienia materii, znanym jako plazma, która jest przecież zjonizowana, to jest zawiera jony i swobodne elektrony. Podobne właściwości ma roztopione wnętrze naszej planety, które jest w stałym ruchu. Ruch ten jest względnie uporządkowany w dużej skali, a odpowiedzialne są za to zarówno zjawisko konwekcji, jak i wzajemny ruch poszczególnych warstw względem siebie. Pierwsze ze zjawisk polega na ruchu samej materii powodowanym różnicami temperatur i niczym nie różni się od zjawiska zachodzącego w garnku z wodą podgrzewanym na kuchence gazowej. Ruch wody pola magnetycznego nie generuje, ruch plazmy – i owszem. Całość jest wzmacniana ruchem jądra względem płaszcza ziemskiego, co powoduje powstanie na dużą skalę pola magnetycznego naszej planety.

Wybuch termojądrowy na wysokości 400 kilometrów miałby zatrzymać ruch materii generującej te pole? Wolne żarty! Będzie ono zapewne słabło z czasem wraz ze stygnięciem wnętrza naszej planety, ale to kwestia odległej przyszłości. Wyłączenie magnetosfery choćby na ułamek sekundy znacznie przekracza nasze możliwości, choć faktycznie możemy tam trochę namieszać naszymi zabawami z potęgą atomu. Wróćmy do samej próby “Starfish Prime” i odpowiedzmy sobie na pytanie, skąd bierze się wspomniany impuls elektromagnetyczny.

Wybuch jądrowy powoduje powstanie m.in. promieniowania gamma, które jonizuje materię ośrodka, tj. odrywa elektrony z cząsteczek budujących powietrze, nadając im kierunek ruchu zbliżony do swojego. Takie wybite elektrony zyskują pewne przyspieszenie, a następnie zderzają się innymi cząsteczkami, tracąc prędkość tj. hamują. Zmienne pole elektryczne powoduje powstanie pola magnetycznego, prawda? Gdy zmiany są gwałtowne i silne, to zaburzenia pola magnetycznego rozprzestrzeniają się jako impuls elektromagnetyczny, który napotyka na różne wytwory naszej techniki, powodując skokowy wzrost natężenia prądu elektrycznego w ich obwodach i wydzielanie się dużych ilości ciepła, które doprowadza do ich uszkodzeń. Inne naładowane cząstki rozprzestrzeniające się w takim wybuchu zostają uwięzione przez ziemskie pole magnetyczne wzdłuż jego linii, co powoduje niekiedy powstanie rozciągniętych obszarów ich zagęszczenia, tzw. “pasów radiacyjnych”, które stanowią zagrożenie zarówno dla misji kosmicznych, jak i dla satelitów.

Podsumowując: o ile nasze działania mogą zaburzyć ziemskie pole magnetyczne, o tyle nie mamy żadnych możliwości jego zniszczenia. Próby jądrowe mogą być przyczyną takiego zaburzenia, ale będzie ono lokalne i względnie krótkotrwałe.

(c) by Lucas Bergowsky
Jeśli chcesz wykorzystać ten tekst lub jego fragmenty, skontaktuj się z autorem
.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *