قطب جنوب: رازهای یخ‌زدهٔ سیارهٔ زمین
قطب جنوب چیست و چه تفاوتی با قطب شمال دارد؟
قطب جنوب، سردترین، بادی‌ترین و خشک‌ترین قاره روی زمین است که در نیمکرهٔ جنوبی قرار دارد. این قاره تقریباً کاملاً از یخ پوشیده شده است. اما وقتی از «قطب جنوب» صحبت می‌کنیم، باید به یک نکتهٔ مهم توجه کنیم: دو نوع قطب جنوب وجود دارد!
| نوع قطب | تعریف | ویژگی‌های کلیدی |
|---|---|---|
| قطب جغرافیایی جنوب | نقطه‌ای که محور چرخش زمین به سطح آن در جنوب میرسد. | موقعیت ثابت، همهٔ خطوط نصف‌النهار به این نقطه ختم می‌شوند. |
| قطب مغناطیسی جنوب۲ | نقطه‌ای که میدان مغناطیسی زمین به صورت عمودی به سمت بالاجهت گیری می‌کند. | موقعیت آن به آرامی جابه‌جا می‌شود، عقربهٔ قطبنما به سمت آن اشاره می‌کند. |
برای درک بهتر، یک پرتقال را در نظر بگیرید. اگر یک مداد از وسط آن عبور دهید، مداد نقش محور چرخش و نقاطی که مداد به پوست پرتقال میرسد، قطب‌های جغرافیایی هستند. حالا اگر این پرتقال یک آهنربای بزرگ درون خود داشت، قطب‌های مغناطیسی آن می‌توانستند در نقاط دیگری نزدیک به قطب‌های جغرافیایی قرار گیرند.
میدان مغناطیسی زمین چگونه کار می‌کند؟
زمین مانند یک آهنربای غول‌پیکر رفتار می‌کند که یک میدان مغناطیسی قدرتمند در اطراف خود ایجاد کرده است. این میدان نامرئی است، اما اثرات آن را می‌توانیم ببینیم و از آن استفاده کنیم. منشأ این میدان به هستهٔ بیرونی مذاب زمین که از آهن و نیکل تشکیل شده است، برمی‌گردد. حرکت این مواد مذاب، جریان‌های الکتریکی تولید می‌کند که به نوبهٔ خود میدان مغناطیسی زمین را به وجود می‌آورند.
خطوط میدان مغناطیسی زمین از نزدیک قطب جنوب جغرافیایی خارج شده و به سمت قطب شمال جغرافیایی بازمی‌گردند. به همین دلیل است که عقربهٔ قطبنما که خود یک آهنربای کوچک است، همیشه خود را در راستای این خطوط قرار داده و به سمت قطب مغناطیسی شمال (که نزدیک به قطب جنوب جغرافیایی است!) اشاره می‌کند. این موضوع گاهی باعث سردرگمی می‌شود.
چرا قطب مغناطیسی جنوب حرکت می‌کند؟
برخلاف قطب جغرافیایی، قطب مغناطیسی جنوب ثابت نیست و هر ساله مسافتی حدود 10 تا 15 کیلومتر جابه‌جا می‌شود. دلیل این پدیده، تلاطم و جریان‌های پیچیده در هستهٔ مذاب بیرونی زمین است. دانشمندان با استفاده از ماهواره‌ها و ایستگاه‌های تحقیقاتی، موقعیت دقیق آن را ردیابی می‌کنند.
| سال | موقعیت تقریبی | سرعت حرکت |
|---|---|---|
| 2000 | اقیانوس منجمد جنوبی | 10 کیلومتر در سال |
| 2020 | نزدیک به ساحل قطب جنوب | 15 کیلومتر در سال |
این حرکت برای به‌روزرسانی سیستم‌های ناوبری مانند جی‌پی‌اس۳ و برنامه‌های نقشه‌برداری بسیار مهم است.
شفق قطبی: نمایش نورانی میدان مغناطیسی
یکی از زیباترین پدیده‌های مرتبط با میدان مغناطیسی زمین، شفق قطبی۴ است. این پرده‌های نورانی رنگارنگ که معمولاً در آسمان شب نزدیک به قطب‌ها دیده می‌شوند، چگونه به وجود می‌آیند؟
خورشید دائماً ذرات باردار ریزی به نام باد خورشیدی به فضا می‌فرستد. وقتی این ذرات به میدان مغناطیسی زمین می‌رسند، بسیاری از آن‌ها به دام می‌افتند و همراه خطوط میدان مغناطیسی به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند. در آنجا، این ذرات با اتم‌ها و مولکول‌های موجود در جوّ برخورد کرده و انرژی خود را به صورت نور آزاد می‌کنند که ما آن را به عنوان شفق قطبی می‌بینیم.
رنگ شفق بستگی به نوع گازی دارد که ذرات با آن برخورد می‌کنند: $O_2$ (اکسیژن) نور سبز و قرمز تولید می‌کند و $N_2$ (نیتروژن) نورهای آبی و بنفش ایجاد می‌نماید.
کاربردهای عملی مطالعهٔ قطب مغناطیسی
شاید فکر کنید مطالعهٔ قطب مغناطیسی فقط یک کار علمی محض است، اما این تحقیق کاربردهای بسیار مهمی در زندگی روزمرهٔ ما دارد.
ناوبری و مسیریابی: از دیرباز، دریانوردان با استفاده از قطبنما که به سمت قطب مغناطیسی اشاره می‌کند، مسیر خود را در اقیانوس‌ها پیدا می‌کردند. امروزه نیز اگر سیستم جی‌پی‌اس شما از کار بیفتد، یک قطبنمای ساده می‌تواند جان شما را نجات دهد.
حفاظت از فناوری: میدان مغناطیسی زمین مانند یک محافظ عمل کرده و زمین را از تابش‌های مضر باد خورشیدی محافظت می‌کند. بدون این سپر، این تابش‌ها می‌توانستند به ماهواره‌ها، شبکه‌های برق و حتی سلامت فضانوردان آسیب جدی وارد کنند.
کشف منابع زیرزمینی: زمین‌شناسان با اندازه‌گیری تغییرات کوچک در میدان مغناطیسی زمین می‌توانند محل ذخایر معدنی مانند سنگ آهن را شناسایی کنند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاسخ: بله، این یک حقیقت علمی است که می‌تواند گیج‌کننده باشد. از نظر فنی، قطب مغناطیسی که در نیمکرهٔ جنوبی قرار دارد، از نوع «قطب شمال» آهنربایی است زیرا عقربهٔ قطبنما را به سمت خود جذب می‌کند. به همین دلیل است که به آن «قطب مغناطیسی جنوب» می‌گویند، اما ذات مغناطیسی آن «شمال» است.
پاسخ: درست در بالای قطب مغناطیسی، میدان مغناطیسی کاملاً عمودی است (به سمت پایین جهت گیری می‌کند). در این نقطه، عقربهٔ قطبنما که برای چرخش در صفحهٔ افقی طراحی شده است، دیگر کارایی خود را از دست می‌دهد و به جای نشان دادن جهت شمال، سعی می‌کند به سمت بالا یا پایین بچرخد که عملاً غیرممکن است. بنابراین قطبنما در این نقطه دیوانه‌وار می‌چرخد یا جهت درستی را نشان نمی‌دهد.
پاسخ: بله، شواهد زمین‌شناسی نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی زمین در گذشته بارها ضعیف شده و حتی قطب‌های آن جابه‌جا شده‌اند (پدیده‌ای به نام واژگونی میدان مغناطیسی۵). با این حال، این فرآیند هزاران سال طول می‌کشد و خطری فوری برای تمدن انسانی محسوب نمی‌شود. دانشمندان به‌طور مداوم در حال رصد قدرت این میدان هستند.
پاورقی
۱قطب جنوب (South Pole): به منطقه‌ای در نیمکره جنوبی زمین اطلاق می‌شود که شامل قاره قطب جنوب و آب‌های اطراف آن است. در این مقاله عمدتاً به جنبه مغناطیسی آن پرداخته شده است.
۲قطب مغناطیسی (Magnetic Pole): نقطه‌ای روی سطح زمین که میدان مغناطیسی زمین در آنجا کاملاً عمودی است. قطب جنوب مغناطیسی در حال حاضر در اقیانوس منجمد جنوبی و در نزدیکی قاره قطب جنوب قرار دارد.
۳جی‌پی‌اس (GPS - Global Positioning System): سامانه‌ای ماهواره‌ای برای تعیین موقعیت جغرافیایی روی زمین.
۴شفق قطبی (Aurora): پدیده‌ای نورانی در آسمان شب در عرض‌های جغرافیایی بالا که بر اثر برخورد ذرات باردار باد خورشیدی با اتم‌های جو زمین ایجاد می‌شود. در نیمکره جنوبی به آن "Aurora Australis" نیز گفته می‌شود.
۵واژگونی میدان مغناطیسی (Geomagnetic Reversal): پدیده‌ای که در آن قطب‌های مغناطیسی شمال و جنوب زمین جای خود را عوض می‌کنند.