دانشمندان معمای میدان مغناطیسی زمین را رمزگشایی کردند

که از سیاره‌ی ما در برابر تابش‌های کیهانی مضر محافظت می‌کند؛ تابش‌هایی که در غیر این صورت، جو زمین را از بین می‌بردند و زندگی را تقریباً غیرممکن می‌ساختند. برخلاف مریخ که بیشتر محافظت مغناطیسی خود را از دست داده و اکنون به‌طور مداوم در معرض ذرات پرانرژی فضایی قرار دارد، زمین توانسته است این سامانه‌ی حیاتی دفاعی را برای میلیاردها سال حفظ کند.

اما این میدان محافظ چگونه شکل گرفت؟ آیا ممکن بود زمانی که زمین بسیار جوان‌تر بود نیز چنین میدانی وجود داشته باشد؟ پژوهش‌های جدیدی از سوی دانشمندان مؤسسه ETH زوریخ و دانشگاه علوم و فناوری جنوب چین، پاسخ‌هایی ارائه داده‌اند که درک ما از زمین اولیه را به‌طور اساسی دگرگون می‌کند.

تا کنون به‌خوبی شناخته شده که میدان مغناطیسی زمین از «اثر دینامو» ناشی می‌شود. در اعماق زمین، هسته‌ای از آهن و نیکل مذاب به‌آرامی سرد می‌شود و جریان‌های چرخشی از فلزات در حال حرکت به‌وجود می‌آورد که به آن‌ها «جریان‌های همرفتی» گفته می‌شود. با چرخش زمین، این جریان‌ها به شکل الگوهای مارپیچی در می‌آیند و جریان‌های الکتریکی تولید می‌کنند که در نهایت میدان مغناطیسی را می‌سازند.

با این حال، شکاف بزرگی در این نظریه وجود داشت. حدود یک میلیارد سال پیش، هسته‌ی درونی زمین شروع به تبلور و جامد شدن کرد. پیش از آن، کل هسته به‌صورت مایع بود. پرسش اساسی این بود: آیا این هسته‌ی کاملاً مایع می‌توانست میدان مغناطیسی لازم برای محافظت از حیات اولیه را تولید کند؟

تیم پژوهشی با استفاده از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای بررسی کرد که آیا چنین هسته‌ی کاملاً مایعی می‌تواند میدان مغناطیسی پایداری تولید کند یا نه. آن‌ها از ابررایانه‌ی قدرتمند Piz Daint برای انجام این محاسبات بهره گرفتند. نکته‌ی چشمگیر در این مطالعه، توانایی آن‌ها در کاهش تأثیر ویسکوزیته (گرانروی) هسته زمین تا حد ناچیز بود؛ کاری که در هیچ مطالعه‌ی پیشین انجام نشده بود. این شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که میدان مغناطیسی زمین احتمالاً میلیاردها سال پیش نیز به همان شیوه‌ای که امروز کار می‌کند، قابل تولید بوده است.

«تا کنون هیچ‌کس نتوانسته بود چنین محاسباتی را در شرایط فیزیکی درست انجام دهد.» – یوفنگ لین، نویسنده‌ی اصلی از دانشگاه علوم و فناوری جنوب چین می گوید.

این کشف، پیامدهای گسترده‌ای برای درک ما از چگونگی پیدایش حیات روی زمین دارد. میلیاردها سال پیش، حیات ظاهراً از وجود این سپر مغناطیسی بهره‌مند بوده که تابش‌های مضر فضایی را دفع می‌کرد و امکان رشد و شکل‌گیری حیات را فراهم می‌ساخت. بدون این محافظت، باور بر این است که تابش‌های شدید، سطح زمین را برای فرایندهای شیمیایی ظریف و حیاتیِ منتهی به شکل‌گیری موجودات زنده، بیش از حد خشن و نامساعد می‌کردند.

میدان مغناطیسی در واقع به حیات روی زمین یک پیش‌زمینه‌ی امن بخشید؛ محیطی امن‌تر که در آن، مولکول‌های پیچیده توانستند شکل بگیرند و بدون مزاحمت ذرات پرانرژی فضایی، تکامل یابند.

درک میدان مغناطیسی زمین تنها به گذشته‌ی دور مربوط نمی‌شود؛ بلکه برای دنیای مدرن ما نیز حیاتی است. این میدان نقشی کلیدی در عملکرد سامانه‌های ارتباطی ماهواره‌ای و بسیاری از جنبه‌های دیگر تمدن امروزی ایفا می‌کند. سیستم‌های GPS، شبکه‌های برق، و ارتباطات همگی به این سپر نامرئی وابسته‌اند. با این حال، میدان مغناطیسی در طول تاریخ زمین هزاران بار قطب‌های خود را جابه‌جا کرده و دانشمندان به‌تازگی تغییرات سریع در موقعیت قطب شمال مغناطیسی را ثبت کرده‌اند. با درک بهتر چگونگی عملکرد این میدان، پژوهشگران می‌توانند پیش‌بینی‌های دقیق‌تری از تغییرات آینده و وارونگی‌های احتمالی ارائه دهند؛ تغییراتی که می‌توانند جامعه‌ی وابسته به فناوری ما را تحت تأثیر قرار دهند.