Jak działa pole magnetyczne Ziemi?

Pytanie

Pyta Łukasz

Jak działa pole magnetyczne Ziemi? Czy jeżeli w przestrzeni kosmicznej znajdę miejsce, gdzie takiego pola magnetycznego nie ma, to magnesy lub silnik elektryczny będą tam działały? Czy są miejsca we Wszechświecie gdzie nie działa żadne pole magnetyczne?

Odpowiedź

Odpowiada Wojciech Lulka

Ziemia zachowuje się po prostu jak wielki magnes. Pole magnetyczne Ziemi powstaje najprawdopodobniej przez ruch ładunków elektrycznych wewnątrz jej jądra, w procesie nazwanym geodynamo. W związku z tym, że jest to magnes, ma on bieguny i przyciąga inne magnesy. Przy powierzchni Ziemi pole magnetyczne jest względnie słabe, ale na obiektach o dostatecznie niskim oporze ruchu można je zauważyć. Tak na przykład działa kompas, którego wskazówka ustawia się zgodnie z liniami pola i wskazuje biegun magnetyczny ziemi. Ten biegun nie znajduje się dokładnie na biegunie północnym – oś magnetyczna jest odchylona od osi obrotu Ziemi o ok. 10 stopni.

Elektromagnesy wytwarzają pole magnetyczne przez sam przepływ prądu, nie potrzebuje do tego niczego innego. Podobnie zwykle magnesy (neodymowe, ferrytowe itd…) wytwarzają pole przez samo swoje namagnesowanie, ich pole jest właściwie ich cechą. W związku z tym dwa magnesy, które przyciągają się na Ziemi, będą się również przyciągać w kosmosie, i także silnik elektryczny nie miałby problemu tam działać. Dla przykładu: teleskop kosmiczny Jamesa Webba znajduje się w odległości 1.5 mln km od Ziemi i posiada 14 silników elektrycznych, które służyły do rozłożenia się teleskopu.

Pole magnetyczne ziemi jest dipolowe (jak właściwie każde inne) i maleje z odległością $r$ do sześcianu, tj. maleje jak $1/r^3$ (dla porównania pole grawitacyjne maleje jak $1/r^2$). Taka funkcja nigdy zera nie osiągnie, więc pole magnetyczne jest nieskończone i wszystkie magnesy „czują” wszystkie inne. Oczywiście wpływ znacznej większości magnesów jest znikomy. Nawet gdzieś bardzo daleko od źródeł pól magnetycznych, np. pomiędzy dwoma galaktykami, wpływ pola magnetycznego będzie praktycznie zerowy, ale jednak jakiś będzie. Klatki Faradaya również nie pomogą, ponieważ te nie potrafią blokować stałych lub wolno się zmieniających pól magnetycznych, jednak, nawet gdyby to robiły, silnik elektryczny nie miałby żadnego problemu z działaniem.