Dynamo magnetohydrodynamiczne

Teoria dynama magnetohydrodynamicznego

Teoria dynama magnetohydrodynamicznego, znana również jako teoria dynama, opisuje proces powstawania pola magnetycznego ciał niebieskich, w tym Ziemi.

Wprowadzenie historyczne

Początkowo sądzono, że pole magnetyczne Ziemi wynika z namagnesowanych pokładów żelaza w jej jądrze. Jednak odkrycie wysokiej temperatury wnętrza Ziemi, które uniemożliwia ferromagnetyzm, skłoniło naukowców do poszukiwania innych wyjaśnień. W 1908 roku G. Hale zidentyfikował pole magnetyczne w widmie Słońca, co zapoczątkowało dalsze badania nad tym zjawiskiem.

Mechanizm dynamo

Plazma, jako zjonizowany gaz, może być opisywana równaniami magnetohydrodynamiki (MHD). Ruch plazmy w polu magnetycznym generuje siłę elektromotoryczną, co przypomina działanie prądnicy.

Rozwój teorii

Teoria dynama została zapoczątkowana przez Josepha Larmora w 1919 roku. Zasugerował on, że pole magnetyczne Słońca powstaje w wyniku ruchu plazmy. W kolejnych latach badacze, tacy jak Elsasser i Bullard, zaproponowali modele generowania ziemskiego pola magnetycznego z ruchu płynów we wnętrzu Ziemi. Parker wprowadził koncepcję alfa-omega dynamo, która skupia się na turbulencjach w wirujących masach. W latach 60. rozpoczęto symulacje komputerowe, które potwierdziły wiele z tych teorii.

Równanie kinematycznego dynama

W kinematycznym dynamie przyjmuje się, że pole magnetyczne nie wpływa znacząco na ruch materii. Zmiany pola magnetycznego opisuje równanie:

$frac\; \{partial\; mathbf\{B\}\}\{partial\; t\}\; =\; nabla\; times\; left(\; mathbf\{u\}\; times\; mathbf\{B\}\; right)\; +\; mathbf\{n\}\; nabla^2\; mathbf\{B\}$

Gdzie:

• B – indukcja magnetyczna,
• u – prędkość ruchu ośrodka,
• n – dyfuzyjność magnetyczna.

Pierwszy składnik równania odpowiada za przenoszenie pola magnetycznego przez poruszający się ośrodek, a drugi za jego zanikanie.

Dynamo a pole magnetyczne Ziemi

Teoria dynama wyjaśnia również istnienie pola magnetycznego Ziemi. Obecnie uważa się, że jest ono wynikiem ruchów konwekcyjnych w jej wnętrzu, wspomaganych efektem Coriolisa oraz ruchem jądra względem płaszcza.

Krytyka teorii dynama

Mimo licznych badań teoria dynama nie dostarcza odpowiedzi na kilka istotnych pytań, takich jak:

• przyczyny powstania pola magnetycznego Ziemi,
• warunki jego utrzymywania,
• czynniki wpływające na zmiany natężenia i kierunku pola magnetycznego.