¿Por qué la Tierra es como un dipolo magnético?

El campo magnético de la Tierra es causado principalmente por corrientes eléctricas en el núcleo externo líquido, que está compuesto de hierro fundido conductor. Los bucles de corrientes en el hierro líquido en constante movimiento crean campos magnéticos.

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Sin embargo, podemos decir que el campo magnético terrestre obedece a la ecuación del dipolo magnético.

El modelo de dipolo del campo magnético de la Tierra es una aproximación de primer orden del campo magnético verdadero de la Tierra, bastante complejo. Debido a los efectos del campo magnético interplanetario y el viento solar, el modelo de dipolo es particularmente inexacto en capas L altas (por ejemplo, por encima de L=3), pero puede ser una buena aproximación para capas L inferiores. Para un trabajo más preciso, o para cualquier trabajo en capas L más altas, se recomienda un modelo más preciso que incorpore efectos solares, como el modelo de campo magnético de Tsyganenko.

¿Por qué todos estos enormes movimientos aleatorios de hierro líquido parecen generar un campo magnético similar a un dipolo magnético, para capas L bajas (por debajo de L = 3)? ¿Es sólo una coincidencia empírica?

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Posibles duplicados: physics.stackexchange.com/q/13922/2451 y enlaces allí.

Respuestas (2)

el campo magnetico B → = ∇ × A → de cualquier corriente localizada j → ( r → ) la distribución se puede aproximar mediante una expansión multipolar de su potencial vectorial A → . El término de orden más bajo de esta expansión multipolar le da un campo dipolar magnético

A → ≈ m 0 4 π metro → × r → | r → | 3
dónde
metro → = 1 2 ∫ V r → ′ × j → ( r → ′ ) d 3 r ′
es el momento dipolar magnético. Así, la primera aproximación del campo magnético terrestre es un campo dipolar magnético.

Véase, por ejemplo, Jackson, Classical Electrodynamics, 3ª ed., sec. 5.6 Campo magnético de una distribución de corriente localizada, Momento magnético.

Esta es solo una parte de la respuesta. Ser el término de orden más bajo no significa que el momento dipolar sea el más grande. Sin embargo, en la expansión de un campo magnético, el término dipolar cae como 1 / r 3 , el término cuadripolar como 1 / r 4 etcétera. La superficie de la Tierra tiene aproximadamente el doble del radio del núcleo de la Tierra, por lo que, en comparación con el término dipolo, el término cuadrupolo es la mitad de fuerte que en la superficie del núcleo. Ver en.wikipedia.org/wiki/… .
@A.Newell: este es un buen punto adicional. El coeficiente del término del cuadrupolo probablemente también sería importante.

La generación del campo magnético en el núcleo no se comprende completamente, sobre todo porque la física involucrada ( magnetohidrodinámica ) es extremadamente complicada.

Pero podemos hacer algunas observaciones heurísticas. Si considera dos bucles de flujo diferentes en el núcleo, ambos generan dipolos magnéticos e interactuarán entre sí a través de sus campos magnéticos. Por lo tanto, no puede considerar el núcleo como un conjunto de flujos independientes. Todos los flujos generan campos magnéticos y, por lo tanto, todos interactúan entre sí (ahora ves por qué se complica :-).

La naturaleza dipolar general del campo sugiere que las interacciones entre los flujos hacen que se alineen de modo que sus dipolos apunten en la misma dirección. No estoy seguro de hasta qué punto esta es obviamente la configuración de energía más baja que debe adoptar el flujo, pero al menos tiene sentido cualitativo que las interacciones entre los flujos individuales tiendan a alinearlos.

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