Zdá sa, že máte zablokovanú reklamu

Fungujeme však vďaka príjmom z reklamy a predplatného. Podporte nás povolením reklamy alebo kúpou predplatného.

Ďakujeme, že pozeráte .pod lampou. Chceli by ste na ňu prispieť?

Magnet v Zemi

.časopis .veda

Všetci vieme, že ihla kompasu je zmagnetizovaná. Všetci vieme, že ihla kompasu ukazuje sever. Všetci vieme, že ihla kompasu ukazuje sever preto, lebo je zmagnetizovaná. Ale čo má magnetizmus spoločné so severom? Mach tiež ukazuje sever a nie je nijako zvlášť magnetický.

To, že má nejaká vec dve výnimočné vlastnosti, ešte neznamená, že tie vlastnosti spolu nevyhnutne súvisia. Každé dieťa vie, že draci bývajú trojhlaví a že vedia lietať, ale málokto bude tvrdiť, že lietať vedia preto, že sú trojhlaví. Podobne nebudeme z toho, že páv má mimoriadne pekný chvost a mimoriadne nepekný hlas automaticky usudzovať, že nádherný chvost je príčinou odporného škriekania.
A ako je to s magnetitom? To, že tento nerast priťahuje kovy, si všimli už starí Gréci a nezávisle od nich aj starí Číňania. Tí druhí si dokonca všimli aj to, že predmety z magnetitu dokážu ukazovať sever. Podobne ako v prípade drakov či pávov však z týchto dvoch skutočností ešte nevyplývalo, že „severoukazovacia schopnosť” je dôsledkom „priťahovacej schopnosti”.
Ľuďom, samozrejme, napadlo, že by tie dve veci mohli súvisieť. Lenže nevedeli, čo by vlastne malo priťahovať magnety (presnejšie povedané, jeden ich koniec) na sever. Niektorí špekulovali o tom, že kovová (a možno aj magnetická) je hviezda Polárka. Iní sa domnievali, že niekde na severe leží veľký kovový (a možno aj magnetický) ostrov. A takmer dvetisíc rokov trvalo, kým si niekto uvedomil, že riešenie má priamo pod nosom. Teda, presnejšie povedané, priamo pod nohami.

.gilbert
V roku 1600 vydal Wiliam Gilbert – osobný lekár kráľovnej Alžbety – knihu, ktorej plný titul znel: O magnete, magnetických telesách a tiež o veľkom magnete – Zemi, nová fyzika demonštrovaná pomocou mnohých argumentov a experimentov. Nebol to práve najkratší názov, ale bol výstižný. Jasne v ňom bol pomenovaný nielen najdôležitejší objav uvádzaný v knihe, ale aj novátorská metóda, ktorá k tomu objavu viedla.
Gilbertova kniha predstavuje jeden z najdôležitejších medzníkov medzi scholastickou filozofiou a modernou vedou. Priamo v úvode Gilbert píše, že len málokedy bude citovať gréckych filozofov, pretože v porovnaní s pokusmi „grécke argumenty ani grécke slová nedemonštrujú a neobjasňujú pravdu o nič presnejšie ani presvedčivejšie“. Ľudí, ktorí dajú viac na autority než na experimenty, nazýva učenými idiotmi. V roku 1600. To je ten rok, keď upálili Giordana Bruna.
Skvelým, aj keď takmer triviálnym príkladom Gilbertovho kritického skúmania, je pôsobenie cesnaku na magnety. O tom, že cesnak ruší magnetické účinky, „vedeli“ v 16. storočí nielen scholastickí učenci, ale aj námorníci, ktorí mali zakázané jesť tú plodinu v blízkosti kompasu. Skutočnosť, že pôvodnými zdrojmi tohto poznatku boli Plinius a Ptolemaios, však urobila na Gilberta oveľa menší dojem ako skutočnosť, že keď poriadne potrel magnet cesnakom, na magnetizme sa to nijako neprejavilo. A tak celkom naplno nazýval reči o cesnaku a magnete poverami bez ohľadu na to, odkiaľ pochádzajú.
Mimochodom, v skutočnosti tie povery zrejme nepochádzali od Grékov, tí v tom boli asi nevinne. Chyba pravdepodobne vznikla pri opisovaní kníh, zámenou slova „alio“ (iný) za slovo „allio“ (cesnak). A keď už raz vznikla, tak sa šírila ďalším opisovaním a neskôr aj ústnym podaním. Historku s cesnakom a magnetom spomíname najmä preto, že výborne ilustruje úskalia slepej dôvery v autority.
Experimentovanie s magnetmi však nepriviedlo Gilberta len k prevereniu dovtedy známych faktov a „faktov“, ale aj k objavom celkom nových skutočností. Tie najvýznamnejšie sa týkali guľového magnetu, ktorý Gilbert nazýval terrella – zemeguľka. Keď pohyboval malým kompasom okolo takéhoto guľového magnetu, správal sa kompas presne tak, ako sa správajú kompasy na Zemi. Gilbert z toho usúdil, že celá Zem predstavuje guľový magnet.

.faraday
Lenže, čo je to za magnet? Najjednoduchšia predstava – obrovský kus magnetitu ukrytý niekde v hlbinách Zeme – nedokázala príliš dlho držať krok s pribúdajúcimi poznatkami o zemskom magnetizme. Už v priebehu prvej polovice 17. storočia sa napríklad ukázalo, že tento magnetizmus sa pomaly, ale isto mení. V priebehu desiatich rokov dosahuje zmena takú veľkosť, že ju treba zahrnúť do máp, pretože by inak spôsobovala nezanedbateľné chyby v navigácii. Veľký nehybný kus magnetitu by však nijaké takéto zmeny nevykazoval.
No dobre, ale ak teda zemský magnetizmus nie je spôsobovaný veľkým magnetom vnútri Zeme, tak potom čím? V hľadaní odpovede na túto otázku nebolo možné pokročiť bez toho, aby ľudia najprv nespojili to, čo Gilbert rozpojil.
Gilbert rozpojil elektrinu a magnetizmus. Pred ním sa tieto dve veci plietli dohromady a až on ukázal, že ide o dva celkom odlišné javy. Viac ako dvesto rokov potom trvalo, kým ľudia zistili, že zas až také celkom odlišné nie sú.
V roku 1820 objavil Hans Christian Oersted (menovec, súčasník a krajan Hansa Christiana Andersena) celkom náhodou neočakávaný súvis medzi elektrinou a magnetizmom: elektrický prúd výrazne ovplyvňoval strelku vedľa položeného kompasu. A zrazu bolo jasné, že zemský magnetizmus by mohol v princípe vznikať aj bez magnetu v Zemi. Stačilo, aby zemským vnútrom z nejakých dôvodov tiekol vhodný elektrický prúd.
Taká hypotéza však vyvoláva ďalšiu otázku: kto, kedy a ako vymieňa Zemi baterky? Odpoveď prišla po desiatich rokoch, keď Michael Faraday zistil, že elektrický prúd sa dá vyrobiť aj bez bateriek – pomocou magnetov. Stačí, ak sa nejaký vodič pohybuje v okolí magnetu, a hneď v ňom vzniká elektrický prúd. Presne takýmto spôsobom dnes vyrábame prakticky všetku elektrinu: dynamá elektrární nie sú v princípe ničím iným, než vodičmi pohybujúcimi sa v okolí magnetov.
Nuž, ale ak dokážeme vyrábať takýmto spôsobom elektrický prúd my, nemohla by to dokázať aj matička Zem? Čo by na to potrebovala? Zrejme nejaké elektrické vodiče pohybujúce sa v nejakom magnetickom poli. Má také vodiče? Ale áno. Ona sama je totiž vodivá a pohybuje sa – otáča sa okolo vlastnej osi. A deje sa tento pohyb v nejakom magnetickom poli? Ale áno, deje sa v magnetickom poli Zeme. Tak čo keby to bolo tak, že pohyb vodivej Zeme v jej vlastnom magnetickom poli by vytváral toto pole? Znie to síce bláznivo a trochu to pripomína vyťahovanie samého seba za vlasy, ale je to naozaj nemožné?

.elsasser
Áno, je to nemožné. Ale nie preto, že by to bola úplná kravina, ktorá je principiálne nemožná. Dôvod je ten, že pohyb predstavovaný rotáciou Zeme okolo vlastnej osi jednoducho nevytvára potrebné magnetické pole. To však neznamená, že by iné pohyby nemohli také pole vytvoriť. Lenže, kde by sa v tuhej Zemi vzali iné pohyby?
Našťastie, Zem nie je tuhá. V minulom čísle sme si hovorili, ako seizmografické údaje odhalili ľuďom existenciu zemského jadra. Ale nepovedali sme si všetko. V skutočnosti vieme vďaka seizmológii aj to, že zemské jadro sa skladá z dvoch častí – z tuhého vnútorného a tekutého vonkajšieho jadra. Tekutého! A v tekutom jadre sú možné všelijaké pohyby.
V polovici 20. storočia navrhol americký fyzik Walter Elsasser model zemského dynama tvoreného prúdmi v tekutom vonkajšom jadre. Model pozostával z matematických rovníc, ktoré opisovali súčasne hydrodynamiku, termodynamiku aj elektrodynamiku tohto jadra. Na pohľad neboli tieto rovnice nijako zvlášť zložité, ale ich riešenie sa ukázalo extrémne tvrdým orieškom. Dodnes ich nevieme presne vyriešiť. Ale to, čo nám o ich riešení prezradili počítače, stačilo na všeobecné prijatie Elsasserovho modelu ako základu realistického opisu zemského magnetizmu.
O zemskom jadre toho vieme pomerne veľa. A to nielen vďaka seizmologickým, ale aj vďaka magnetickým meraniam. Jedno aj druhé sú merania na povrchu Zeme. Vďaka teoretickému porozumeniu sa z týchto meraní dozvedáme detaily o zemskom vnútre, ktoré je pre nás fyzicky úplne nedostupné. Geofyzika je nádherná ilustrácia toho, ako nám mnohonásobné prepojenie teoretického a experimentálneho poznania umožňuje nielen nezostávať na povrchu, ale dokonca odkrývať hlboké pravdy.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.
.diskusia
.neprehliadnite