สนามแม่เหล็กโลก

สนามแม่เหล็กโลก   มีลักษณะเหมือนกับสนามแม่เหล็กทั่วๆไป คือ ประกอบไปด้วยขั้วแม่เหล็กสองขั้ว คือ ขั้วเหนือและขั้วใต้ และมีเส้นแรงแม่เหล็กชี้จากขั้วเหนือใต้ไปขั้วใต้ โดยที่ขั้วแม่เหล็กโลกจะสลับกับขั้วโลกทางภูมิศาสตร์ หรือขั้วโลกตามแกนหมุน คือ ขั้วใต้ของแม่เหล็กจะอยู่ทางซีกโลกเหนือ ในขณะที่ขั้วเหนืออยู่ทางซีกโลกใต้ (ทำให้ขั้วเหนือของแม่เหล็กในเข็มทิศชี้ไปยังทางเหนือ)

รูปที่ 1 แสดงสนามแม่เหล็กโลก เปรียบเทียบกับแท่งแม่เหล็ก

      ที่มา : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

สนามแม่เหล็กโลกมีความสำคัญอย่างมากในการปกป้องโลกนี้ไว้จากการถูกทำลายจากอวกาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จากดวงอาทิตย์ ทั้งนี้เนื่องจาก ดวงอาทิตย์ไม่ได้ปลดปล่อยพลังงานออกมาเฉพาะในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็น (Visible light) เท่านั้น แต่ยังปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟ-ตอนในทุกความยาวคลื่น รวมทั้งอนุภาคที่มีประจุในรูปของ ลมสุริยะ (Solar Wind) ตลอดเวลา ลมสุริยะจะมีอนุภาคประมาณ 5-10 อนุภาคต่อลูกบาศก์เซนติเมตร และมีความเร็วสูงกว่า 500 กิโลเมตรต่อวินาทีอนุภาคพลังงานสูงเหล่านี้อาจทำลายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ และทำความเสียหายให้กับโลกได้เมื่อตกกระทบลงบนพื้นโลก แต่อนุภาคเหล่านี้ไม่สามารถมาถึงโลกได้ เพราะสนามแม่เหล็กโลกจะจับและกักอนุภาคเหล่านี้ไว้ เมื่อลมสุริยะเข้ามาปะทะกับสนามแม่เหล็กโลกจะเกิดการเบี่ยงเบนออกคล้ายกับน้ำที่ปะทะกับหัวเรือ เราจึงเรียกพื้นผิวที่ลมสุริยะเบี่ยงเบนออกนี้ว่า Bow shock ในแนวหลัง Bow shock นี้ จะเรียกว่า แมกนีโทสเฟียร์ (Magnetosphere) ในแมกนีโทสเฟียร์นี้ อนุภาคต่างที่ทะลุผ่านแนว Bow shock มาได้จะถูกกักไว้ ด้วยคุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้า  กล่าวคือ อนุภาคที่มีประจุจะถูกแรงกระทำจากสนามแม่เหล็กให้เคลื่อนที่หมุนวนไปตามเส้นแรงแม่เหล็ก กลับไปมาระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้แม่เหล็ก บริเวณที่อนุภาคถูกกักไว้นี้เรียกว่าวงแหวนแวนอัลเลน (van Allen’s belt) ตามชื่อเจมส์  แวน อัลเลน (James van Allen) นักวิทยาศาสตร์ที่ทำวิจัยเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กโลกร่วมกับโครงการแอ็กพลอเลอร์วัน (Explorer 1) ซึ่งเป็นดาวเทียมดวงแรกของประเทศสหรัฐอเมริกา ในปี ค.ศ. 1958 และได้ค้นพบวงแหวนนี้ ซึ่งมีทั้งสิ้นสองบริเวณอยู่ภายในแมกนีโทสเฟียร์ ล้อมอยู่รอบโลกคล้ายกับโดนัทสองชิ้นซ้อนกันโดยมีโลกอยู่ที่รูตรงกลาง วงแหวนชั้นใน (Inner belt) มีศูนย์กลางอยู่ที่ประมาณ 3,000 กิโลเมตรจากพื้นดิน และหนาประมาณ 5,000 กิโลเมตร ส่วนวงแหวนชั้นนอก (Outer belt) จะอยู่สูงจากพื้นโลก 15,000-20,000 กิโลเมตร และหนาประมาณ 6,000-10,000 กิโลเมตร

                                                         รูปที่ 2 : ภาพจำลองสนามแม่เหล็กโลกเมื่อถูกปะทะด้วยลมสุริยะ

ที่มา : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

รูปที่ 3 : แสดงลักษณะการเกิดแสงเหนือแสดงใต้

ที่มา : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

           ปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นจากการที่อนุภาคจากลมสุริยะปะทะเข้ากับแมกนีโทสเฟียร์ก็คือ ออโรรา (Aurora) หรือ แสงเหนือแสงใต้ (Northern and Southern light) โดยเกิดจากการที่อนุภาคจากลมสุริยะปะทะกับไอออนของธาตุในบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere) เมื่ออนุภาคเหล่านี้ชนกันก็จะเกิดการถ่ายเทพลังงาน และปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งรวมทั้งแสงในช่วงที่มองเห็น ปรากฏให้เห็นเป็นแถบสีสวยงามบนท้องฟ้า ที่ระดับความสูง 80-160 กิโลเมตร แต่เราไม่สามารถมองเห็นออโรราได้ในประเทศไทย เพราะอนุภาคจากลมสุริยะจะสามารถผ่านเข้ามาถึงบรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ได้เฉพาะในบริเวณสนามแม่เหล็ก