Manyetik alan

Manyetik alan, uzayın her noktasında manyetik etkinin ne kadar güçlü olduğunu ve hangi yöne baktığını anlatan fiziksel büyüklüktür. Hareket eden elektrik yükleri, yani elektrik akımları ve kalıcı mıknatıslar bu alanı oluşturur. Alan, içinden geçen yüklü parçacıkların yolunu büker, mıknatısları kendi yönüne çevirir ve değiştiğinde iletkenlerde akım doğurur. Uluslararası birim sisteminde birimi tesladır; astronomide sık kullanılan gauss ise teslanın on binde biridir.

Nasıl işler?

Yüklü bir parçacık manyetik alan içinde ilerlerken hem kendi hareket yönüne hem de alan çizgilerine dik bir kuvvet hisseder. Bu yüzden elektronlar ve protonlar alan çizgilerinin çevresinde sarmal çizerek ilerler. Gök cisimlerinde büyük ölçekli alanlar genellikle dinamo denen süreçle oluşur: elektriği ileten sıvı ya da plazma dönerek ve kaynayarak akarken elektrik akımları üretir, bu akımlar da alanı sürekli besler.

Elektrik ile manyetizmanın aynı olgunun iki yüzü olduğu 19. yüzyılda anlaşıldı. William Gilbert 1600'de Dünya'nın kendisinin bir mıknatıs olduğunu açıkça yazmıştı. Hans Christian Ørsted 1820'de akım taşıyan telin çevresinde manyetik alan oluştuğunu gösterdi, Michael Faraday 1831'de değişen manyetik alanın akım ürettiğini buldu. James Clerk Maxwell 1861-1865 arasında yayımladığı denklemlerle iki kuvveti birleştirdi ve ışığın da bir elektromanyetik dalga olduğunu ortaya koydu.

Örnekler

Dünya'nın alanı, dış çekirdekteki erimiş demir-nikel karışımının hareketinden doğar. Yüzeydeki şiddeti 2019 ölçümlerinde yaklaşık 30.000 ile 60.000 nanotesla arasındaydı; kabaca dönme eksenine 11 derece eğik bir çubuk mıknatısa benzer. Kutuplar birkaç yüz bin yıllık düzensiz aralıklarla yer değiştirir. Ayrıntılar Dünya'nın manyetik alanı sayfasında.

Jüpiter'in alanı Dünya'nınkinden yaklaşık 20 kat güçlüdür; manyetosferi Güneş yönünde yedi milyon kilometreye, öbür yönde neredeyse Satürn'ün yörüngesine kadar uzanır. Mars ise küresel alanını yaklaşık dört milyar yıl önce yitirdi; bugün yalnızca kabuğundaki mıknatıslanmış bölgeler eski bir dinamonun izini taşır. Güneş'in alanı da kendi dinamosundan gelir ve 11 yıllık döngüyle kutupları ters döner. Bilinen en güçlü alanlar, magnetar denen nötron yıldızlarına aittir: 10⁹ ile 10¹¹ tesla.

Gündelik ölçülerle karşılaştırınca Dünya'nın alanının ne kadar zayıf olduğu anlaşılır: güçlü bir buzdolabı mıknatısının alanı yaklaşık 100 gauss iken Dünya yüzeyinde bu değer yarım gauss dolayındadır. Dış çekirdekteki ortalama alanın ise yüzeydekinin yaklaşık 50 katı, 25 gauss kadar olduğu hesaplanıyor. Carl Friedrich Gauss 1832'de alanın şiddetini ilk kez ölçtü; o günden bu yana yapılan ölçümler son 150 yılda yaklaşık yüzde 10'luk bir zayıflama gösteriyor. Elektrik yüklerinin tersine, tek başına bir "manyetik yük", yani yalnızca kuzey ya da yalnızca güney kutbu olan bir mıknatıs hiç gözlenmedi; bu yüzden alan çizgileri hep kapalı halkalar oluşturur.

Neden önemli?

Dünya'nın manyetik alanı, uzaya uzanan manyetosfer kalkanını oluşturur ve Güneş rüzgârının büyük kısmını saptırır. Bu kalkan olmasaydı yüklü parçacıklar üst atmosferi ve morötesi ışınlardan koruyan ozon tabakasını aşındırırdı. Mars'ın ince atmosferi, alanını yitiren bir gezegenin başına gelebilecekleri gösteren örnek olarak incelenir. Kutup ışıkları, uydu arızaları ve elektrik şebekelerini etkileyen jeomanyetik fırtınalar da manyetik alanla Güneş etkinliğinin karşılaşmasından doğar. Kayalarda donmuş eski alan izleri ise kıtaların hareketini izlemeye yarar.

İlgili terimler

• Manyetosfer
• Jeomanyetik fırtına
• Kutup ışıkları
• Magnetar
• Van Allen kuşakları