قطب شمال: قطب مغناطیسی که به قطب شمال زمین اشاره می‌کند

قطب شمال: آهن‌ربای غول‌پیکر زمین

زمین؛ یک آهن‌ربای بزرگ

سیاره‌ی ما، زمین، درست مانند یک آهن‌ربای غول‌آسا است که یک میدان مغناطیسی^۲ عظیم در اطراف خود ایجاد کرده است. این میدان نامرئی است، اما اثرات بسیار مهمی دارد. اگر بتوانید این میدان را ببینید، شبیه به خطوطی است که از نزدیکی قطب جنوب جغرافیایی خارج شده و به قطب شمال جغرافیایی وارد می‌شوند. به نقاطی که این خطوط از درون زمین خارج یا به آن وارد می‌شوند، قطب‌های مغناطیسی می‌گویند.

برای درک بهتر، یک آهن‌ربای نعلی شکل را در نظر بگیرید. اگر براده‌های آهن را اطراف آن بریزید، می‌بینید که این براده‌ها به شکلی منظم، خطوط میدان مغناطیسی را نشان می‌دهند. زمین نیز دقیقاً همین کار را در مقیاسی بسیار بزرگتر انجام می‌دهد.

تفاوت قطب مغناطیسی و جغرافیایی

خیلی از مردم فکر می‌کنند قطب شمال مغناطیسی و قطب شمال جغرافیایی یک نقطه هستند، اما اینطور نیست! این دو با هم تفاوت اساسی دارند.

علت حرکت و جابجایی قطب مغناطیسی

قطب‌های مغناطیسی زمین ثابت نیستند و دائماً در حال حرکت هستند. دانشمندان دلیل اصلی این پدیده را به جریان‌های آهن مذاب در هستهٔ بیرونی زمین نسبت می‌دهند. این هسته مانند یک دینام غول‌پیکر عمل کرده و میدان مغناطیسی زمین را تولید می‌کند. تغییرات در این جریان‌های مذاب، باعث تغییر در میدان مغناطیسی و در نتیجه، حرکت قطب‌ها می‌شود.

میزان این جابجایی قابل توجه است. برای مثال، قطب شمال مغناطیسی در قرن گذشته از کانادا به سمت سیبری در روسیه حرکت کرده و سرعت این حرکت در دهه‌های اخیر افزایش یافته است. این حرکت آنقدر سریع است که دانشمندان مجبور شده‌اند مدل میدان مغناطیسی جهان^۶ را زودتر از موعد مقرر به‌روزرسانی کنند تا دقت سیستم‌های ناوبری حفظ شود.

قطب‌نما چگونه کار می‌کند؟

قطب‌نما^۴ ساده‌ترین وسیله‌ای است که از میدان مغناطیسی زمین استفاده می‌کند. در قلب یک قطب‌نمای ساده، یک عقربه‌ی مغناطیسی بسیار سبک قرار دارد که می‌تواند آزادانه بچرخد. این عقربه همیشه خود را با خطوط میدان مغناطیسی زمین هم‌راستا می‌کند و سر شمالی آن به سمت قطب شمال مغناطیسی زمین اشاره می‌کند.

اما برای یافتن جهت دقیق جغرافیایی شمال، باید یک اصلاحیه به نام انحراف مغناطیسی^۷ را اعمال کرد. انحراف مغناطیسی، زاویه‌ی بین جهت شمال مغناطیسی (جهتی که قطب‌نما نشان می‌دهد) و شمال واقعی جغرافیایی است. این زاویه در نقاط مختلف زمین متفاوت است و روی نقشه‌های دقیق نوشته می‌شود. رابطه‌ی بین این دو شمال را می‌توان به صورت زیر نشان داد:

شاهدی بر میدان مغناطیسی: شفق قطبی

یکی از زیباترین نمایش‌های میدان مغناطیسی زمین، پدیده‌ی شفق قطبی^۸ است. این نورهای رنگارنگ و مسحورکننده در آسمان مناطق نزدیک به قطب‌ها دیده می‌شوند. ذرات باردار پرانرژی که از خورشید ساطع می‌شوند (باد خورشیدی)، به میدان مغناطیسی زمین برخورد کرده و همراه خطوط میدان به سمت قطب‌ها هدایت می‌شوند. وقتی این ذرات با مولکول‌های هوا در یونوسفر^۹ برخورد می‌کنند، باعث برانگیخته شدن آن‌ها و تولید نور می‌شوند. این پدیده مستقیم‌ترین شاهد بصری بر وجود میدان مغناطیسی محافظ زمین است.

کاربردهای حیاتی در زندگی مدرن

میدان مغناطیسی زمین و شناخت قطب‌های آن، فراتر از قطب‌نماهای ساده، در فناوری‌های پیشرفته نیز نقش اساسی دارد.

• ناوبری هوایی و دریایی: خلبانان و ملوانان برای تنظیم مسیر خود از قطب‌نماهای مغناطیسی استفاده می‌کنند. اگرچه امروزه جی‌پی‌اس جایگزین شده، اما قطب‌نما به عنوان یک سیستم پشتیبان قابل اعتماد همیشه حضور دارد.
• حفاری: در صنعت نفت و گاز، برای هدایت مته‌های حفاری در اعماق زمین از حسگرهای مغناطیسی استفاده می‌شود که جهت‌گیری خود را نسبت به شمال مغناطیسی زمین تنظیم می‌کنند.
• تلفن‌های همراه و سامانه‌های ناوبری: اپلیکیشن‌های نقشه و قطب‌نمای تلفن‌همراه شما اغلب از یک تراشه‌ی کوچک به نام مغناطیس‌سنج^۱۰ استفاده می‌کنند که می‌تواند میدان مغناطیسی زمین را تشخیص دهد و جهت را مشخص کند.

اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم

پاورقی

^۱ قطب شمال مغناطیسی (North Magnetic Pole)
^۲ میدان مغناطیسی زمین (Earth's Magnetic Field)
^۳ قطب جغرافیایی (Geographic Pole)
^۴ قطب‌نما (Magnetic Compass)
^۵ جی‌پی‌اس (GPS: Global Positioning System)
^۶ مدل میدان مغناطیسی جهان (World Magnetic Model)
^۷ انحراف مغناطیسی (Magnetic Declination)
^۸ شفق قطبی (Aurora)
^۹ یونوسفر (Ionosphere)
^۱۰ مغناطیس‌سنج (Magnetometer)