Interpretazione del campo magnetico

INTERPRETAZIONE DEL CAMPO MAGNETICO

Il campo magnetico terrestre può essere schematizzato come un enorme dipolo magnetico le cui linee di induzione magnetica escono dal Polo N magnetico ed entrano nel Polo S magnetico su un asse detto geomagnetico.

I punti in cui il diametro terrestre coincidente con la direzione del dipolo incontra la superficie sono detti poli geomagnetici: asse geomagnetico è il diametro terrestre anzidetto ed equatore geomagnetico è il cerchio massimo perpendicolare a questo asse e con centro in quello del dipolo.

I Poli magnetici non coincidono con quelli geografici ma formano un angolo, tra gli assi di rotazione e quello magnetico, di 11°30'.

Per effetto del campo magnetico terrestre un ago magnetico libero di muoversi si dispone parallelo alle linee di forza del campo in dato punto della crosta terreste e sarà verticale ai poli e orizzontale all'equatore (principio base della bussola).

Le linee di induzione magnetica sono orizzontali rispetto alla superficie terrestre solo all'equatore, in tutti gli altri punti la linea di induzione e la superficie terrestre in quel punto formano un angolo detto inclinazione magnetica.

Il polo situato nell'emisfero settentrionale, indicato convenzionalmente con B (boreale), ha polarità negativa e si trova a 78°30' N, 69° W,

mentre l'altro, indicato con A (australe), risulta positivo, con posizione 78°30' S, 111° E.

Quindi una volta individuato il polo nord magnetico, con la bussola, bisogna correggere il dato per poter individuare il polo nord geografico, utilizzando la declinazione magnetica, che è l'angolo che l'ago della bussola forma con il polo nord geografico, in un qualsiasi punto della superficie terrestre; questa ovviamente varia nel tempo e da un luogo all'altro.

È importante ricordare anche che il polo nord magnetico si sposta continuamente intorno al polo nord geografico e, inoltre, oscilla di circa 10 km al giorno per via delle interazioni con lo strato ionizzato dell'atmosfera.

Se in una bussola l'ago magnetico è libero di muoversi sia in orizzontale sia in verticale esso non si dispone su un piano perfettamente orizzontale: nell'emisfero settentrionale la punta che indica il nord tende verso il basso, nell'emisfero meridionale, invece tende verso il basso la punta che si orienta verso il polo sud. L'angolo compreso tra il piano d'inclinazione dell'ago e il piano orizzontale è detto inclinazione magnetica ed è dovuto al fatto che l'ago si dispone parallelamente alle linee di forza del campo che sono inclinate diversamente in base alla latitudine del luogo.

STRUTTURA E VARIAZIONI DEL CAMPO MAGNETICO

La composizione del campo magnetico terrestre viene suddivisa dagli scienziati in quattro componenti che sono:

• Campo principale generato nel nucleo fluido tramite il meccanismo di geodinamo.
• Campo crostale dovuto alle rocce magnetizzate della crosta terrestre.
• Campo esterno provocato da correnti elettriche che fluiscono nella ionosfera e nella magnetosfera come conseguenza dell'interazione tra il vento solare e il campo geomagnetico.
• Campo d'induzione elettromagnetica generato da correnti indotte nella crosta e nel mantello dal campo esterno variabile nel tempo.

Gli studiosi ritengono che il campo principale rappresenti il 99% di tutto il campo magnetico osservato in superficie. Gli studi hanno dimostrato come il campo sia per il 95% analogo a quello generato da un dipolo situato al centro della Terra il cui asse è inclinato, rispetto all'asse di rotazione terrestre, di circa 11.5°.

È stato così elaborato un modello globale del campo geomagnetico che considera gli effetti del solo campo principale.

Il campo magnetico terrestre è un campo statico ma tuttavia soggetto a variazioni che possono essere: a lungo termine o a breve termine.

• Le variazioni a lungo termine dette anche 'Variazioni secolari', sono dovute all'azione delle sorgenti interne alla Terra, che generano il campo principale e hanno un tempo variabile tra 5 e 10 anni. L'ampiezza di queste variazioni, oscilla tra pochi nT e qualche decina di nT all'anno per le componenti intensive e da qualche primo a qualche decina di primi l'anno per l'inclinazione e la declinazione. Anche se la variazione secolare sembra avere andamenti diversi nei vari osservatori del mondo è considerato un fenomeno planetario. La variazione secolare osservata al suolo, negli ultimi 400 anni, è costituita da:

una precessione verso ovest dell'asse del dipolo di 0.008% all'anno;

uno spostamento del dipolo verso nord dell'ordine di 2 km all'anno;

una variazione di intensità del campo non dipolare al tasso medio di circa 10 nT all'anno.

• Le variazioni a breve termine possono avvenire in poche ore o in anni, e sono collegate alle iterazioni tra il campo magnetico interno alla Terra e gli strati fortemente conduttivi nell'atmosfera. Queste variazioni possono essere divise in: regolari ed irregolari.

Tra le prime vi sono quelle giornaliere, determinate dalle azioni "mareali" del Sole e della Luna sulla ionosfera terrestre (lo strato ionizzato presente nell'atmosfera tra i 50 - 60 Km e 400 Km di altitudine) per esempio, alle medie latitudini, il vettore campo magnetico descrive un'ellisse durante il giorno, seguendo lo spostamento del Sole; quella mensile (ogni 27 giorni circa) che è messa in relazione con particolari campi magnetici della nostra stella.

Tra quelle irregolari, vi sono quelle che prendono il nome di tempeste magnetiche che sono collegate ad attività solari particolarmente intense, dette "brillamenti solari", o più in generale all'attività delle macchie solari. 

Come ha dimostrato E. N. Parker nel 1958, il vento solare è un plasma caldo emesso dalla corona solare, costituito essenzialmente da idrogeno ionizzato (protoni ed elettroni non legati fra loro). Questo flusso di particelle cariche, emesso dal Sole in direzione radiale con una velocità variabile da 400 a 800 km/s, genera un campo magnetico che, interagendo con quello terrestre, ne modella le linee di forza, che risultano leggermente schiacciate contro la Terra dalla parte rivolta al Sole ed allungate in modo da formare una coda dalla parte opposta.

Un gran numero di protoni e di elettroni energetici del vento solare penetra nel campo magnetico terrestre, dove rimane confinato in due regioni, denominate fasce di Van Allen, dal nome dello scienziato che ebbe l'occasione di scoprirle nel 1958.