Das Erdmagnetfeld ist ein ziemliches Rätsel. Tiere benutzen es zur Navigation und wir sind aus dem gleichen Grund von seiner Existenz abhängig geworden. Darüber hinaus bietet uns die Magnetosphäre einen starken Schutz vor dem schlimmsten Sonnensturm. Wir haben jedoch noch wenig Ahnung von den Mechanismen, die dieses Feld tief im Erdkern erzeugen. In der Hoffnung, einen besonderen Einblick in das großräumige planetare Magnetfeld zu erhalten, hat ein Geophysiker der University of Maryland in seinem Labor sein eigenes Baby Erde gebaut, das sich bis Ende des Jahres drehen wird (einschließlich flüssigem Metall) das Jahr…
Diese Geschichte erinnert mich an ein klassisches Experiment des Norwegers Kristian Birkeland um die Wende des 19. Jahrhunderts. In einem Versuch, die dynamische Aurora Borealis (Nordlichter) zu verstehen, bewies Birkeland experimentell, dass elektrische Ströme entlang magnetischer Feldlinien fließen können (a.k.a. Birkeland oder „feldausgerichtete“ Ströme). links abgebildet). Dies kann in der Natur beobachtet werden, wenn geladene Teilchen des Sonnenwinds mit der Erdmagnetosphäre interagieren und dann zu den Magnetpolen der Erde hinuntergeführt werden. Wenn die Partikel in die obere polare Atmosphäre fließen, kollidieren sie mit atmosphärischen Gasen und erzeugen eine farbenfrohe Lichtanzeige namens Aurorae. Dieses frühe Experiment simulierte jedoch ein Magnetfeld; es hat nicht modelliert, wie die Erde es überhaupt erzeugt.
Jetzt verfolgt der Geophysiker Dan Lathrop in einem Labor an der University of Maryland dieses Rätsel, indem er seine eigene Version der Erde baut (oben abgebildet). Das Modell ist auf einem Gerät aufgebaut, das den Ball mit einem Durchmesser von 10 Fuß auf eine äquatoriale Geschwindigkeit von 80 Meilen pro Stunde dreht. Um den geschmolzenen äußeren Kern der Erde zu simulieren, füllt Lathrop die Kugel mit geschmolzenem Metall. Das Ganze wird 26 Tonnen wiegen.
Dies ist Lathrops dritter Versuch, ein maßstabsgetreues Modell des Erdmagnetfelds zu erstellen. Die letzten beiden Versuche waren viel kleiner, so dass dieses große Experiment von einem Unternehmen durchgeführt werden musste, das eher an die Konstruktion von Hochleistungs-Industrieanlagen gewöhnt war.
Es wird angenommen, dass der geschmolzene äußere Kern der Erde, der 2.000 Meilen unter der Erdkruste beginnt, das globale Magnetfeld erzeugt. Dieser „Dynamoeffekt“ entsteht irgendwie durch die Wechselwirkung des turbulenten flüssigen Eisenflusses (der hochleitend ist) mit dem Spin des Planeten. In Lathrops Modell wird er ein anderes leitfähiges flüssiges Metall verwenden, Natrium. Geschmolzenes Eisen ist zu heiß, um in dieser Umgebung gehalten zu werden. Natrium liegt in einer flüssigen Phase bei weitaus niedrigeren Temperaturen vor (es hat einen Schmelzpunkt nahe dem Siedepunkt von Wasser, fast 100 ° C), aber es gibt einige ernsthafte Gefahren unter Verwendung von Natrium als Eisenanalogon. Es ist an der Luft leicht entflammbar und reagiert sehr gut mit Wasser. Daher müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden (zum einen wurde die Sprinkleranlage deaktiviert, Wasser im Falle eines mit Natrium betriebenen Feuers verschlimmert die Situation nur!). Dieses ganze Experiment ist zwar riskant, aber erforderlich, da es keinen direkten Weg gibt, die Bedingungen im äußeren Erdkern zu messen.
“Die Bedingungen des Kerns sind feindlicher als die Oberfläche der Sonne. Es ist so heiß wie die Oberfläche der Sonne, aber unter extrem hohem Druck. Es gibt also keine Möglichkeit, es zu untersuchen, keine vorstellbare Technik, um den Kern direkt zu untersuchen.”- Dan Lathrop
Das Drehen dieser schweren Kugel sollte zu anhaltenden Turbulenzen im Fluss des flüssigen Natriums führen, und es besteht die Hoffnung, dass ein Magnetfeld erzeugt werden kann. Es gibt viele Rätsel, die dieses Experiment lösen möchte, beispielsweise die Mechanik der magnetischen Polarverschiebung. Im Laufe der Erdgeschichte gibt es Hinweise darauf, dass die Magnetpole die Polarität gewechselt haben. Ein längeres Drehen des Modells kann zu einer periodischen Umkehrung der Magnetpole führen. Das Testen der Bedingungen im leitfähigen flüssigen Metall kann Aufschluss darüber geben, was dieses globale Muster der Polarverschiebung beeinflusst.
Diese Art von Experiment wurde bereits zuvor durchgeführt, aber Wissenschaftler haben die Strömung von flüssigem Metall mithilfe von Rohren gesteuert. Dieses Modell ermöglicht es dem Metall jedoch, sich auf natürliche Weise zu organisieren und eine eigene turbulente Strömung zu erzeugen. Ob dieser Test ein Magnetfeld erzeugt oder nicht, ist unbekannt, sollte aber unser Verständnis darüber erleichtern, wie Magnetismus in den Planeten erzeugt wird.
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Quelle: Nationales öffentliches Radio
