地球の磁場はなぜ逆転するのでしょうか?

研究者たちは、地球の核にある液体金属の動きが磁極の逆転の主な原因の一つだと考えている。

専門家は地球の磁場がいつ反転するかを正確に予測することはできない。写真：スペース

液体の水が存在する岩石惑星である地球は、多くの理由から生命が繁栄するのに理想的な場所です。地球は恒星から適切な距離に位置しているため、表面に液体の水が存在することができます。他の惑星の重力は、地球をさまよう小惑星との衝突の危険から守っています。また、Space誌によると、地球を取り囲む磁場は、宇宙空間を飛び交う荷電粒子に対する防護バリアとしても機能しています。

地球の磁場は、地球の外核における溶融金属の複雑な流れによって生成されます。この流れは、地球の自転と固体の鉄核の存在の両方の影響を受けています。その結果、地球の自転軸と軸が一直線になる双極性磁場が形成されます。古代の岩石の化学組成の中には、地球の磁場が動的に変化する現象であるという証拠が隠されています。溶岩が冷えると、その中の鉄鉱物は地球の磁場と一直線になります。これは、方位磁針が北を指すのと似ています。

地球の磁場は、数ミリ秒から数百万年まで、非常に短い時間スケールと非常に長い時間スケールで変動します。磁場は宇宙の荷電粒子と相互作用することで短期間で変化しますが、より長期的な磁場の擾乱は、地球の液体の外核におけるプロセスによって引き起こされます。

地球内部の流体運動の影響を受けて、地磁気反転プロセスは3つの段階に分けられます。磁場減衰段階では、磁場の強度が徐々に弱まり、その方向はより無秩序になります。次に、磁気ドリフトプロセスが起こり、地球の磁極が現在の位置からずれ始め、反対方向に移動します。磁極再構築プロセスは、新たな磁場が形成され始め、最終的に磁極が以前とは反対の位置に到達する段階です。

過去の磁場の状態に関する研究により、2つの極性状態が存在することが示されています。現在の通常の状態では、磁力線は北極から外側へ、南極に向かって内側へ向いています。極性反転状態も存在し、同様に安定しています。古地磁気研究では、地球磁場の極性反転現象は、主にそれを生み出すメカニズムに起因する不規則で予測不可能であることが示されています。地球物理学者レオナルド・サニョッティによると、地球の外核における液体金属（主に溶融鉄）の流れは無秩序で不規則です。磁場反転は、地磁気の強度が低く、磁場構造が不安定な時期に発生します。

磁場の逆転は数千年にわたって持続します。磁場が反転する直前には弱体化状態となり、地球の大気はより多くの太陽風と荷電粒子の形で宇宙線にさらされます。最近の研究によると、4万1000年前のラシャンプ逆転現象の際には、地球全体の大気圏に到達する宇宙線の量が現在の3倍に上っていたことが示されています。

人類文明にとって懸念されるのは、磁極の変化ではなく、地磁気の強度が減少する時期です。現代社会はますますテクノロジーへの依存度を高めています。地表に近い高度で磁気圏に流入する大量の荷電粒子は、安全保障、通信、電力インフラ、衛星、そして低軌道を周回する宇宙飛行士に影響を及ぼすでしょう。特に、磁場の変動はランダムな性質を持つため、研究者たちはこれがいつ起こるかを正確に予測することはできません。

アン・カン（スペースによると）

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