Il campo magnetico terrestre è un fenomeno affascinante e complesso, la cui comprensione è fondamentale per la nostra conoscenza del pianeta e della vita che ospita. Recenti studi condotti da due fisici, il Professor Alban Pothérat e il Dottor Kélig Aujogue dell’Università di Coventry, hanno portato a nuove scoperte riguardanti i movimenti all’interno del nucleo terrestre. Questi movimenti sono cruciali per la generazione del campo magnetico terrestre, e la loro comprensione potrebbe avere implicazioni significative per la previsione dei cambiamenti nel campo stesso.
Il nucleo terrestre e il campo magnetico
La struttura del nucleo terrestre
Il nucleo terrestre è composto da due parti principali: un nucleo interno solido e un nucleo esterno liquido. Il nucleo interno è costituito principalmente da ferro e nichel, e si trova a una profondità di circa 5.150 chilometri sotto la superficie terrestre. Il nucleo esterno, anch’esso composto principalmente da ferro e nichel, è invece liquido e si estende fino a circa 2.890 chilometri di profondità. La temperatura nel nucleo interno può raggiungere i 5.700 gradi Celsius, mentre nel nucleo esterno si aggira intorno ai 4.000 gradi Celsius.
Il ruolo del campo magnetico
Il campo magnetico terrestre è generato dai movimenti del nucleo esterno liquido. Questi movimenti, simili alla convezione in una pentola d’acqua bollente, creano correnti elettriche che a loro volta generano il campo magnetico. Questo campo è essenziale per la vita sulla Terra, poiché protegge il pianeta dai raggi cosmici e dalle particelle cariche provenienti dal Sole. Senza il campo magnetico, l’atmosfera terrestre verrebbe gradualmente erosa dal vento solare, rendendo la vita impossibile.
Il cilindro tangente e i nuovi modelli
Il concetto di cilindro tangente
Un passo avanti nella comprensione dei movimenti del nucleo terrestre è stato il concetto di cilindro tangente. Questo cilindro immaginario corre parallelo all’asse di rotazione della Terra e tocca i punti in cui il nucleo interno solido e il nucleo esterno liquido si incontrano all’equatore. Il cilindro tangente separa le parti polari e equatoriali del nucleo esterno, influenzando i flussi di materiali all’interno di ciascuna di esse.
Il vincolo di Taylor-Proudman
I modelli precedenti del cilindro tangente si basavano sul vincolo di Taylor-Proudman, che afferma che in un nucleo in rotazione i flussi avvengono perpendicolarmente all’asse di rotazione, formando una serie di cilindri concentrici. Secondo questa teoria, la convezione avviene nella sezione polare del nucleo liquido e nella sua porzione equatoriale, ma non attraversa il cilindro tangente.
Nuove scoperte e il Little Earth Experiment
Il modello matematico e fisico
Pothérat e Aujogue hanno proposto un nuovo modello che riconosce una caratteristica precedentemente trascurata dei cilindri tangenti. Hanno dimostrato matematicamente che i campi magnetici allineati con la rotazione della Terra inducono flussi all’interno dei cilindri tangenti, collegati ai flussi lungo il cilindro stesso dai campi magnetici. Questo modello è stato verificato sperimentalmente attraverso il Little Earth Experiment (LEE).
Il Little Earth Experiment
Il Little Earth Experiment è un modello fisico che simula il comportamento dei nuclei interno ed esterno della Terra in risposta a potenti campi magnetici. L’esperimento utilizza un emisfero riempito di acido solforico e un campo magnetico di 10 Tesla che ruota attorno a un asse verticale. Questo emisfero viene poi posto in un serbatoio cilindrico di acqua fredda, mentre un elemento riscaldante guida la convezione. Le osservazioni del LEE sono risultate coerenti con le aspettative degli autori, confermando la validità del loro modello.
Implicazioni future
Comprendere i cambiamenti del campo magnetico
La comprensione dei movimenti all’interno del nucleo terrestre e del loro effetto sul campo magnetico è cruciale per prevedere i cambiamenti nel campo stesso. Attualmente, le spiegazioni sul perché i poli magnetici vagano e talvolta si invertano non sono soddisfacenti per la maggior parte dei fisici. Migliorare la nostra comprensione di questi fenomeni potrebbe portare a previsioni più accurate e a una migliore preparazione per eventuali inversioni del campo magnetico.
Implicazioni per la ricerca di pianeti abitabili
La presenza di un campo magnetico è uno dei principali criteri nella ricerca di pianeti abitabili. Un campo magnetico forte protegge un pianeta dai raggi cosmici e dalle particelle cariche, creando un ambiente più favorevole alla vita. Comprendere meglio come si generano e si mantengono i campi magnetici potrebbe aiutare gli scienziati a identificare pianeti con condizioni simili a quelle della Terra. Le recenti scoperte di Pothérat e Aujogue rappresentano un passo significativo nella comprensione dei movimenti all’interno del nucleo terrestre e del loro effetto sul campo magnetico. Questi studi non solo migliorano la nostra conoscenza del pianeta, ma potrebbero anche avere implicazioni importanti per la ricerca di pianeti abitabili e per la previsione dei cambiamenti nel campo magnetico terrestre.
