Mở rộng từ Trái đất như spaghetti vô hình là từ trường của hành tinh. Được tạo ra bởi lõi của Trái đất, lĩnh vực này rất quan trọng đối với cuộc sống hàng ngày: Nó che chắn hành tinh khỏi các hạt mặt trời, nó cung cấp cơ sở cho sự điều hướng và nó có thể đóng một vai trò quan trọng trong sự tiến hóa của sự sống trên Trái đất.
Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu từ trường Trái đất biến mất vào ngày mai? Một số lượng lớn hơn các hạt năng lượng mặt trời tích điện sẽ bắn phá hành tinh, đặt các lưới điện và vệ tinh lên bếp lửa và làm tăng sự tiếp xúc của con người với mức độ cao hơn của bức xạ tia cực tím gây ung thư. Nói cách khác, một từ trường bị thiếu sẽ có những hậu quả có vấn đề nhưng không nhất thiết là tận thế, ít nhất là trong thời gian ngắn.
Và đó là tin tốt, bởi vì trong hơn một thế kỷ, nó đã yếu đi. Ngay cả bây giờ, có những điểm đặc biệt mỏng manh, như dị thường Nam Đại Tây Dương ở Nam bán cầu, tạo ra các vấn đề kỹ thuật cho các vệ tinh có quỹ đạo thấp.
Điều đầu tiên cần hiểu về từ trường là, ngay cả khi nó yếu đi, nó sẽ không biến mất - ít nhất, không phải trong hàng tỷ năm. Trái đất nợ từ trường của nó với lõi ngoài nóng chảy, được làm chủ yếu từ sắt và niken. John Tarduno, nhà địa vật lý tại Đại học Rochester cho biết, lõi bên ngoài bị xáo trộn được cung cấp bởi sự đối lưu nhiệt được giải phóng khi lõi bên trong phát triển và đông cứng lại. (Lõi bên trong tăng khoảng một milimet mỗi năm.)
Động cơ từ trường này, được biết đến như một máy phát điện, đã hoạt động hàng tỷ năm. Các nhà khoa học nghĩ rằng sự sắp xếp cốt lõi hiện tại có thể đã ổn định vào khoảng 1,5 tỷ năm trước, theo nghiên cứu năm 2015 cho thấy bước nhảy vọt về sức mạnh của từ trường vào khoảng thời gian đó. Nhưng Tarduno và nhóm của ông đã tìm thấy bằng chứng cho một từ trường trên Trái đất trong các khoáng vật lâu đời nhất của hành tinh, có niên đại khoảng 4.2 tỷ năm, cho thấy hoạt động trong lõi đã tạo ra từ tính trong một thời gian rất dài.
Không rõ tại sao máy phát điện bắt đầu, Tarduno nói với Live Science, mặc dù có thể tác động to lớn của hành tinh tạo ra mặt trăng có thể là động lực chính. Tác động này, xảy ra có lẽ 100 triệu năm sau khi Trái đất kết hợp với nhau, có thể làm rung chuyển bất kỳ sự phân tầng, hoặc phân lớp vật liệu nào trong lõi Trái đất: Hãy tưởng tượng lắc một chai dầu và nước ở quy mô hành tinh. Sự gián đoạn này có thể đã thúc đẩy sự đối lưu vẫn còn thúc đẩy động lực của Trái đất ngày nay.
Cuối cùng, lõi bên trong có thể sẽ phát triển đủ lớn để sự đối lưu ở lõi ngoài không còn hiệu quả và từ trường sẽ thất bại. Nhưng kịch bản đó quá xa vời đến nỗi không đáng để mất ngủ nhiều.
"Chúng ta đang nói chuyện hàng tỷ năm," Tarduno nói.
Làm suy yếu từ trường
Liên quan nhiều hơn đến cuộc sống của con người là từ trường đang suy yếu. Các nhà khoa học đã đo lường sự suy yếu này trực tiếp với các đài quan sát từ tính và vệ tinh trong 160 năm qua. Cho dù lĩnh vực này đã chùn bước trước đó là một chút âm thầm, như là những gì nó sẽ làm tiếp theo. Từ trường hiện tại là khoảng 80% lưỡng cực, Tarduno nói. Điều đó có nghĩa là nó hoạt động chủ yếu như một thanh nam châm. Nếu bạn có thể đặt các vật liệu sắt xung quanh hành tinh (và loại bỏ ảnh hưởng của mặt trời, tạo ra một dòng các hạt tích điện liên tục gọi là gió mặt trời về phía Trái đất, thổi từ trường xung quanh như tóc dài trong gió), thì từ trường sẽ tạo ra dòng sẽ hiển thị một Bắc và Nam rõ ràng. Nhưng 20% trường là không lưỡng cực, nghĩa là nó phức tạp hơn; có các biến thể địa phương.
Trong quá khứ, từ trường đã lật, hoán đổi Bắc và Nam. Sự đảo ngược cuối cùng đã xảy ra cách đây 780.000 năm, xung quanh kỷ nguyên của Homo erectus. Sự suy yếu của lĩnh vực này thường đi trước những cú lật này, đặt ra câu hỏi về việc liệu một lần lật khác có sắp xảy ra hay không. Nhưng trường cũng yếu dần và sau đó mạnh trở lại mà không bị lật, một hiện tượng gọi là chuyến tham quan.
Tarduno và nhóm của ông đã phát hiện ra rằng một xoáy kỳ lạ trong lõi dưới Nam Phi có thể góp phần vào một số điểm yếu này. eddy này dường như gây Nam Đại Tây Dương bất thường, một điểm yếu được biết đến trong lĩnh vực này mà trải dài từ khoảng 190 dặm (300 km) về phía đông của Brazil ở hầu khắp Nam Mỹ. Trong khu vực này, các hạt tích điện từ gió mặt trời rơi xuống gần hơn bình thường so với Trái đất. Sự bất thường của Nam Đại Tây Dương không đặc biệt đáng chú ý trên mặt đất. Nhưng các vệ tinh quay quanh Trái đất gặp phải các hạt năng lượng mặt trời gây hại nhiều hơn ở đó và các phi hành gia đã đi qua khu vực trên Trạm Vũ trụ Quốc tế đã báo cáo các hiện tượng hình ảnh ngôi sao băng được cho là do mức độ phóng xạ tương đối cao ở mức độ quỹ đạo Trái đất thấp ở đó .
Trái đất không có trường
Tarduno và nhóm của ông nghi ngờ rằng sự thay đổi trong lớp phủ dưới Nam Phi có thể là điểm kích hoạt cho sự đảo ngược từ trường trong quá khứ. Tin tốt là, ngay cả khi lĩnh vực này đang yếu đi hoặc chuẩn bị lật, nó sẽ không biến mất; không có bằng chứng nào cho thấy từ trường đã biến mất hoàn toàn trong quá trình đảo ngược.
Ngay cả khi trường đảo ngược, "chúng ta vẫn sẽ có một số từ trường, nó sẽ chỉ là một từ trường rất yếu", Tarduno nói.
Thế giới này với một từ trường tối thiểu sẽ trông như thế nào? Chà, la bàn của bạn sẽ không hoạt động, vì một điều. "Nó sẽ chỉ hướng về từ trường cao nhất," Tarduno nói. "Nó có thể rất gần với bạn; nó có thể rất xa."
Ánh sáng phía bắc và phía nam sẽ được nhìn thấy từ các vĩ độ thấp hơn, bởi vì những màn trình diễn đầy màu sắc này là kết quả của sự tương tác giữa các hạt tích điện được ném từ mặt trời trong gió mặt trời và từ trường của Trái đất. Hiện tại, các cực quang này xuất hiện gần các cực, theo các đường sức từ chủ yếu là Bắc-Nam của Trái đất, nhưng một trường yếu hơn sẽ cho phép các hạt xâm nhập vào bầu khí quyển của Trái đất, thắp sáng bầu trời gần xích đạo hơn.
Các điều kiện ở Nam Đại Tây Dương dị thường đối với các vệ tinh có thể trở nên phổ biến trên toàn cầu, điều này sẽ gây ra trục trặc kỹ thuật. Các hạt năng lượng mặt trời có thể ping các thiết bị điện tử, phá vỡ các bit bộ nhớ trong cái được gọi là các sự kiện đơn lẻ hoặc SEU. Khi các hạt năng lượng mặt trời tương tác với tầng khí quyển của Trái đất gọi là tầng điện ly, chúng cũng đánh bật các electron khỏi quỹ đạo phân tử của chúng. Những electron tự do này sau đó cản trở việc truyền sóng vô tuyến tần số cao được sử dụng để liên lạc.
Tương tác giữa gió mặt trời và bầu khí quyển Trái đất cũng có thể phá vỡ tầng ozone theo thời gian, Tarduno nói, điều này sẽ làm tăng phơi nhiễm bức xạ cực tím tập thể của nhân loại và làm tăng nguy cơ ung thư da.
Martin Archer, nhà vật lý plasma không gian tại Đại học Queen Mary, London cho biết: "Trong khi nó có thể sẽ không hoàn toàn là thảm họa đối với sự sống, thì sẽ có liều lượng phóng xạ cao hơn nhiều trên mặt đất nếu không có từ trường".
Có rất ít bằng chứng cho thấy các biến thể từ trường trong quá khứ đã ảnh hưởng đến sự sống trên Trái đất. Tuy nhiên, từ trường chắc chắn đã định hình bề mặt Trái đất, giúp giữ cho bầu khí quyển mỏng manh của hành tinh không bị thổi vào không gian bởi lực không ngừng của gió mặt trời, Archer nói với Live Science.
Từ trường không quan trọng để có bầu khí quyển - Sao Kim không có từ trường và có bầu khí quyển lớn, nếu không mong muốn - nhưng chắc chắn nó hoạt động như một lớp bảo vệ bổ sung. Sao Hỏa, nơi từng có từ trường nhưng mất nó khoảng 4 tỷ năm trước, đã có bầu khí quyển gần như bị tước bỏ hoàn toàn. Và nếu có một cách để tạo cho mặt trăng một bầu khí quyển giống như Trái đất, thì gió mặt trời sẽ biến nó thành không có gì trong một thế kỷ đơn thuần, Archer nói.
