Il campo magnetico terrestre

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Nell’articolo di oggi parleremo del campo geomagnetico, ovvero un campo magnetico che viene spontaneamente generato dal nostro pianeta. Ma che cos’è un campo magnetico? Un campo magnetico è un campo vettoriale prodotto da una carica elettrica in movimento oppure da un magnete, ovvero un materiale che è stato magnetizzato, ma come si fa a magnetizzare un oggetto?

Come quasi tutti sanno, negli atomi gli elettroni ruotano intorno al nucleo costituito da protoni e neutroni. Precedentemente abbiamo detto che un campo magnetico può essere generato da cariche in movimento, con il loro moto gli elettroni generano quindi piccole forze magnetiche. Qualche volta, gli elettroni nel loro moto attorno ai nuclei si trovano disposti tutti nella stessa nella stessa direzione, così facendo, tutte le piccole forze magnetiche si sommano e si ottiene una forza magnetica grande. Questa modificazione dell’orientamento del moto degli elettroni può avvenire in un oggetto quando è sottoposto ad un campo magnetico preesistente oppure anche per sfregamento con materiali come per esempio la lana.

Alcuni materiali sono più inclini ad essere magnetizzati come ferro, alluminio e nichel, la loro bontà come magneti li rende candidati per diventare magneti permanenti, ovvero a rimanere magnetizzati ed esercitare un forte campo magnetico anche dopo che la perturbazione che li ha magnetizzati è cessata. La maggior parte degli altri materiali hanno deboli proprietà magnetiche, a volte così basse che non sono nemmeno rilevabili, una di questi è l’ acqua. Un materiale non rimane magnetizzato per sempre, con il tempo l’organizzazione degli elettroni decade e l’oggetto torna alle sue proprietà precedenti alla magnetizzazione. Un metodo rapido per demagnetizzare un oggetto è incrementare la sua temperatura fino al cosiddetto “punto di Curie”, ovvero una temperatura tale per cui gli elettroni perdono rapidamente la loro organizzazione nel moto.

Per via del fatto che il campo magnetico è provocato da una disparità di distribuzione di cariche in un corpo, ogni magnete si presenta come un dipolo, ovvero dotato di due poli, uno chiamato polo positivo (o polo nord) ed un polo negativo (o polo sud). Quindi, a differenza delle cariche elettriche, non può esistere un monopolo mangnetico, ovvero un magnete solo negativo o uno solo positivo. Se noi dividessimo a metà un magnete entrambi i magneti risultanti avrebbero un polo nord e un polo sud. Anche questi magneti potrebbero essere suddivisi ulteriormente, ottenendo ancora dei magneti con un polo nord e un polo sud distinti. Un punto di incontro fra fenomeni elettrici e magnetici tuttavia esiste, infatti il polo nord (+) di un magnete attira il polo sud(-) di un altro magnete e viceversa e allo stesso modo due cariche uguali si respingono, come nel caso delle cariche elettriche.

Dal punto di vista della rappresentazione schematica di un magnete, la forza da esso generata potrebbe essere descritta tramite le cosiddette linee di forza, ovvero delle linee che determinano la direzione e il verso della forza magnetica creata dalla calamita. Osservando le linee di forza noteremmo che esse fuoriescono dal polo nord, o polo positivo ed entrano nel polo negativo, o polo Sud.

Per quanto riguarda la Terra però, la convenzione ha permesso che nel nostro immaginario si radicasse un errore molto vistoso, dal punto di vista geografico la Terra possiede un polo nord settentrionale ed un polo sud meridionale, il problema è che in realtà il polo nord geografico corrisponde al polo sud magnetico riferito al campo geomagnetico, di conseguenza il polo sud geografico corrisponderà al polo nord magnetico riferito al campo geomagnetico del pianeta. E’ importante comprendere questo errore perchè d’ora in poi in questo articolo, quando parleremo di “poli” intenderemo sempre quelli magnetici, per cui il polo settentrionale sarà il polo sud, mentre quello meridionale sarà il polo nord.

Questa problematica discordanza probabilmente si è originata dal fatto che il polo nord geografico (ergo il polo sud magnetico) era quello indicato dal puntatore del nord nelle bussole, Questo ha permesso all’uomo di associare il termine “polo nord” alla parte del globo indicata dal polo nord del magnete delle bussole. Questo in realtà si verificò un grave errore poichè come già detto il polo nord di un magnete viene attirato dal polo sud di un altro magnete, quindi il polo nord della bussola viene attirato, e quindi indica, il polo sud terrestre, ed ecco spiegato il motivo della discordanza fra i nomi dei poli.

Le incongruenze non sono ancora finite, infatti il cosiddetto “asse geografico”, ovvero l’asse che collega i due poli geografici, e “l’asse magnetico”, ovvero l’asse che collega i due poli magnetici, non sono uguali, e questo perchè l’asse magnetico non passa per il centro della Terra. Questa discordanza che c’è fra le due rette non è piccola, infatti l’asse magnetico si discosta da quello geografico di circa tremila chilometri. Ma come si forma il campo magnetico terrestre?

L’ipotesi più accreditata è che la parte meno solida del nucleo terrestre sia mossa da moti convettivi dovuti a differenze di temperature, tuttavia si pensa anche ad un ruolo della rotazione del pianeta.

Nonostante il campo magnetico terrestre sia governato da leggi fisiche definite, è assai noto come il quest’ultimo sia soggetto a variazioni temporali in direzione ed intensità. Queste modificazioni del campo geomagnetico sono state rintracciabili e studiabili grazie al paleomagnetismo, il quale è essenzialmente lo studio del campo magnetico terrestre delle ere passate, il quale è stato registrato da rocce e sedimenti dell’epoca nel momento della loro formazione. Questi studi sono stati possibili grazie alle tracce di magnetizzazione rimanente di alcuni materiali. Le inversioni di polarità magnetica sembrano essere casuali, senza un motivo preponderante e riguardano contemporaneamente tutte le regioni del pianeta.

L’epoca odierna è definita “a polarità normale” ed è cominciata più o meno ottocentomila anni fa. Il precedente assetto magnetico è definito a polarità inversa, pertanto durante tale assetto, il poli geografici coincidevano effettivamente con i poli magnetici.

Ma a che cosa serve il campo magnetico? Ha una sua funzione specifica? Il campo magnetico della Terra è fondamentale per la vita, infatti esso forma la cosiddetta “magnetosfera”, la quale fa da scudo alla superficie del pianeta dalle radiazioni del vento solare, ovvero un flusso di particelle cariche emesso dall’atmosfera della stella. Il campo magnetico della Terra, per via dell’azione del Sole, risulta schiacciato dal lato del pianeta che guarda verso la stella, mentre emette degli strascichi dal lato opposto, chiamati fasce di Van Allen.

Il campo geomagnetico influisce anche sulla manifestazione di uno degli spettacoli più incredibili visibili sul nostro pianete: le aurore polari. La formazione delle aurore avviene nel momento in cui del materiale proveniente solare interagisce con la magnetosfera terrestre: gli elettroni e ioni tendono allora a cadere diretti verso i poli della Terra, per via delle forze del campo geomagnetico, durante il viaggio di tali particelle, esse incontrano e si scontrano con il gas della ionosfera, riscaldandola e ionizzandola, provocando quindi la liberazione di energia sotto forma di di radiazione luminosa.

Il campo magnetico terrestre è quindi affascinante e fondamentale per la vita come la conosciamo, ciò nonostante sappiamo ancora poco a riguardo, infatti nonostante la precisione di alcuni studi effettuati sul campo magnetico, questo modello prodotto da un dipolo è piuttosto approssimativo, non potrebbe infatti esistere un vero dipolo poichè il centro della Terra si trova a temperature che superano di gran lunga il valore della temperatura di Curie.

Spero che tu abbia trovato interessante questo articolo! A presto!

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