Dünyanın Manyetik Alanı

Yaşadığımız yerin yaklaşık 3.200 kilometre kadar altında, dünyanın eriyik çekirdeğinde olan bitenler, biz farkında olmasak da, hayatımızın her gününe tesir ediyor. Burada; yaklaşık 5.700°C'deki, çoğunlukla sıvı demirden oluşan ve ayın hacminin üçte ikisine yakın büyüklüğe sahip olan devasa okyanus, görünmez bir kuvvetin oluşumunun sorumlusu: Dünyanın manyetik alanı. Jeodinamoyu göz önünde bulunduran kurama göre; sıvı demirin hareketi sonucu bir elektrik akımı oluşur ve bu akım manyetik alanların oluşumuna sebebiyet verir. Yüklü metal parçacıklar manyetik alanlardan geçerek devamlı ve döngüsel bir elektrik akımı yaratır. Çekirdekteki sıvı metalin daimi hareketine bağlı olarak bir miktar manyetik alan oluşur ve bu alan çekirdekte yeni akımlar oluşturur. Bu akımlar ise daha fazla manyetik alana sebep olarak geri beslemeli bir döngü yaratır.

Manyetizma, mıknatısın uyguladığı çekici ve itici güç ile hepimize tanıdık olan bir olgudur. Elektrikle bir araya geldiğinde ise günümüz teknolojisinin en temel ögelerinden biri haline gelir. Elektrik santrallerinden klasik tip televizyonlara kadar hemen her teknolojinin temelini oluşturur. Örneğin, bilgisayar sisteminin önemli bir parçası olan sabit disklerin temel çalışma prensibi, sabit disklerin manyetik materyallerden oluşmuş plaklarına bilgi depolamak üzerine kuruludur. Aslında, Dünya'nın kendisi de devasa bir mıknatıs özelliği gösterir. Aynı yer çekimi kuvveti gibi, pek de farkında olmadığımız fakat yaşamımızı genel anlamda etkiyen başka bir kuvvet ise manyetik alan kuvvetidir.

Dünya'nın çekirdeğinde oluşan manyetizma, şematik olarak, Güney Kutbu yakınlarında Dünya'dan çıkar ve gezegeninin etrafını dolaşarak Kuzey Kutbu yakınlarından tekrar çekirdeğe döner. Coğrafik ve manyetik kutuplar yakın olsa da aynı yerde değildir. Ayrıca manyetik kutuplar, Dünya'nın manyetik alanındaki değişimle birlikte yer değiştirirler. Verilere göre manyetik kutuplar, yirminci yüzyılın başlarında yılda 9 km yer değiştirirken son yıllarda artan ivmesiyle yer değişimini yılda yaklaşık 41 km'ye çıkarmış bulunuyor.

Manyetik alan Dünya'nın koruyucu güç tabakasıdır. Aynı kapalı bir alanın sağladığı koruyuculuk gibi, manyetik alan da Dünya'yı uzaydaki olumsuz hava koşulları ve radyasyondan korur. Galaksiler boyu esebilen radyasyon rüzgarlarının çoğu yıldız patlamalarından yayılan ve Dünya'ya zarar verebilecek parçacıklardan oluşur. Kaldı ki bunun için çok uzağa gitmemize gerek yoktur; hali hazırda koca bir termonükleer fırın olan Güneş de patlamalar esnasında yüksek miktarda tehlikeli madde salınımına yol açar. Her birkaç saatte bir Dünya, Güneş'in çok sayıda yüklü parçacık püskürtmesiyle oluşan rüzgarlara maruz kalır. Bu olaya güneş rüzgarları (solar wind) da denir. Manyetizma sayesinde yüklü parçacıklardan oluşan rüzgarların etkinliği bastırılır; bu parçacıkların, Dünya'ya zarar vermeden, Dünya'nın çevresinden akması sağlanır. Bu akış esnasında oluşan enerji, Kuzey ve Güney Işıkları (aurora borealis) olarak belirli zamanlarda Dünya'da gözlemlenebilir hale gelir.

Yüklü parçacıklar, aynı bir metal telden geçen akım gibi manyetik alan çizgileri boyunca hareket eder. Güneş de Dünya'ya benzer ve çoğunlukla hidrojenden oluşan bir atmosfere sahiptir. Güneş, sahip olduğu yüksek ısının sağladığı enerjinin yardımıyla, solar sisteme manyetik alanı boyunca yüksek hızda ve yüklü parçacıklar yayar. Bu solar rüzgarlar Dünya'nın manyetik alanına etkiyerek manyetik alan çizgilerinin şekil değiştirmesine sebep olur. Manyetik etkileşim sonucu, Dünya'nın Güneş'e bakan yüzündeki manyetik açıdan güçlenen alan manyetosfer (magnetosfer); aksi yöndeki ve manyetik olarak yoğunluğu azalmış alan ise manyetik kuyruk (magnetotail) olarak adlandırılır. Solar rüzgarların Dünya'nın manyetik alanı üzerinde uyguladığı basınç enerji oluşumuna yol açar. Oluşan enerji devamlı olarak manyetosferde toplanır. Solar parçacıkların Güneş'e geri dönüşü için, kuyruk bölgesinden manyetosfere doğru akışı Dünya'nın iki ucu arasında elektrostatik bir potansiyel farkı oluşumuna sebebiyet verir. Oluşan voltaj, elektronların manyetik kutuplara doğru itilmesine neden olur. Manyetik alan çizgileri boyunca hızlanarak kutuplara itilen çok sayıda elektron atmosferin üst katmanlarına kadar aşağı doğrultuda itilir. İyonosferde elektronların gaz atomlarıyla çarpışması sonucu enerji açığa çıkar. Sonuç olarak iyonosferdeki gazlar parlamaya yol açar ve elektronların kutup alanlarının dışına doğru akışına olanak verir.  Bu gözlemlenebilir, renkli ve hareketli ışımalar Aurora olarak adlandırılır.

Manyetik alanın pusula iğnesini kuzeye saptırmaktan çok daha öte yaptırımları vardır:
Dünya'nın, yaşayan bir gezegen olarak kalmasına yardım eder. Dünyanın aksine, en yakınımızdaki gezegenler olan Venüs ve Mars zayıf manyetik alanlara sahiptir. Bu durum ise onları güneş sistemi boyunca dolaşan ölümcül radyasyona karşı korumasız kılar. Öte yandan Dünya, manyetik alanı sayesinde milyarlarca yıldır yaşayan bir gezegen olarak uzayın derinliklerinde var olmayı sürdürüyor. Ancak, bu görünmez kalkanın gücünün her geçen gün zayıfladığı ortaya çıkarıldı; sıvı demirden oluşan eriyik çekirdeğin manyetik alanı oluşturma yeteneği azalıyor gibi görünüyor. Bu zayıflamanın, manyetik alanın kuvvetini bin yıl gibi nispeten oldukça kısa bir süre sonra kaybetmesine yol açacak kadar hızlı olması ise sonuca dair başka bir istenmeyen senaryoyu doğuruyor. Bilim adamlarını korkutan sorular, dünyanın gerçekten manyetik alanını kaybedebilip kaybedemeyeceği ve eğer kaybederse ne olacağı üzerine yoğunlaşıyor.

Manyetik alanın zayıflamasını araştıran bilim adamlarının, Dünya'nın manyetik alanının milyonlarca yıl öncesine uzanan kalıntılarını içinde barındıran ve Pasifik'in ortasında yer alan volkanik adaları incelemesiyle beklenmedik bir olasılık gündeme geldi. Kanıtlar manyetik alanın gücünde kademeli bir düşüşün aksine ani ve büyük manyetik değişiklere işaret ediyordu. Havaii Adaları'ndaki yanardağlar zamanla adaların oluşumuna olanak vermiş ve her lav katmanı püskürtüldüğü anın manyetik kaydını saklamayı başarmıştı. Soğuyan lavlarla gözlemlenebilir hale gelen manyetik kayıt, alanın şiddeti ve yönü hakkında bilgi veriebilecek niteliğe sahip. Kilauea yanardağından alınan soğumuş ve katılaşmış lav örnekleri Dünya'nın manyetik alanının yönünün farklı olduğu zaman dilimlerini açığa çıkarttı. Dünya'nın bilinen manyetik alan yönü güneyden kuzeye doğrudur; pusula iğnesinin kuzeye yönelimi de bu sebeptendir. Ancak yakın zamana ait lav örneklerinden elde edilen kayıtlar manyetik alanın yönünü kuzeye doğru işaret ederken eski lav örnekleri güneyi işaret ediyordu.  İlerleyen araştırmalar, ortalama her 200 bin yılda bir Dünya'nın manyetik alanının ani ve 180 derecelik bir değişime uğradığını gösterdi. Verilere göre son değişimi ise 780 bin yıl önce olmuştu. Dünya'nın manyetik alanının simüle edilmesiyle manyetik alandaki değişim bilgisayar ortamında da gözlemlenebilir hale geldi. Asıl dikkati çeken nokta ise yer değişiminden önce kutuplarda görülen manyetik zayıflamaydı. Bazı bilim adamları tarafından kabul görmemiş bir teori de olsa bulgular, Dünya'nın yeni bir manyetik taklaya doğru hızla ilerliyor olabileceği çıkarımını destekliyor. Manyetik alan şiddetindeki azalmanın kaç yıl daha süreceği öngörülemese de daha fazla kozmik ışınımın manyetik alanı aşarak yeryüzündeki radyasyon seviyesini artıracağı tahmin ediliyor. Henüz, manyetik alan kozmik radyasyonu yaşamın sık rastlanmadığı kuzey ve güney uçlara yönlendirerek devinimi sağlayabiliyor. Fakat zayıflama çok daha farklı kutupsal yapılaşmalara neden olabilecek, ki bu durum en azından kozmik radyasyona maruz kalacak bölgeleri farklılaştırabilecek. Manyetik alan zayıflamasının ardından manyetik gücünü kaybederek atmosferinin yapısını büyük ölçüde kaybeden Mars'ın aksine, Dünya'nın zayıflamadan sonra da manyetik takla sonucu kendisini toparlayabileceği fakat bu süreçte atmosferinin savunmasızlığından kaynaklı radyasyon artışının insanlığı etkileyeceği düşünülüyor.

Kaynak: http://spacemath.gsfc.nasa.gov