Anglický lékař a fyzik William Gilbert začátkem 17. století zjistil, že Země je vlastně obrovský magnet, který vytváří kolem Země magnetické pole. Místa, kde se sbíhají siločáry magnetického pole Země generovaného pohybem železného jádra, se nazývají magnetické póly. Vzhledem k tomu, že severní pól magnetky směřuje přibližně k severnímu zeměpisnému pólu, leží v jeho blízkosti jižní magnetický pól Země. Tady se střelka kompasu chová velmi divoce: ukazuje směrem dolů, do země. Kryštof Kolumbus na své cestě do Ameriky objevil, že osa střelky svírá se spojnicí zemského severu a jihu určitý úhel, který se během cesty měnil. Tak nalezl magnetickou deklinaci.
Navíc se po zemském povrchu oba magnetické póly dost rychle pohybují. Za posledních 120 let urazil severní magnetický pól dráhu asi 300 km a jižní dokonce kolem 1000 km. Z posledních měření vyplynulo, že póly se pohybují rychlostí 10 až 40 km za rok.
Stěhování magnetického pólu.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Under Creative Commons.
Magnetický pól na povrchu Země v průběhu dne opisuje nepravidelnou elipsu, která mění polohu pólu až o 80 kilometrů. Je to způsobeno zejména interakcí zemského magnetického pole se slunečním větrem. Pokud je magnetický pól na denní straně, odkud sluneční vítr přilétá, je situace zcela jiná, než když se nachází na noční straně v oblasti magnetického ohonu magnetosféry. Při zvýšené sluneční aktivitě je pohyb polohy pólu značně chaotický a lze zaznamenat i mnohem větší rozkmity. Proto se vždy udává poloha pólu středovaná za několik dní.
Navíc se zjistilo, že čas od času dochází k přepólování zemského "magnetu" (jižní a severní pól si vymění polohu). Poznáme to podle toho, kterým směrem jsou zmagnetovány různě staré horniny. Tyto změny však nastávají velmi nepravidelně, někdy i několikrát za milion let. K poslednímu přepólování došlo před 780 000 lety. Odhaduje se, že samotný proces přepólování může trvat kolem tisíce let. V průběhu tohoto období může být narušena přirozená ochrana Země magnetickým polem před nabitými částicemi z vesmíru. Změna polarity probíhá poměrně rychle. Zatím teorie, která by přepólování vysvětlovala, není známa.
Magnetické a zeměpisné póly.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.
Kromě magnetických pólů existují ještě geomagnetické póly, které představují průsečíky osy magnetického dipólu Země se zemským povrchem. Jejich poloha je přitom vypočítávaná z modelu symetrického magnetického pole naší planety. Dipól Země je vůči rotační ose pod sklonem 11°. Severní geomagnetický pól najdeme v místě 80 stupně jižní šířky a 108 stupně východní délky, poblíž ruské polární stanice Vostok.
Člověk k orientaci na zemském povrchu používá kompas už asi dva tisíce let. Až v 19. století si všiml, že není sám. Příkladem může být vynikající orientační smysl včel, bakterie Aquaspirillum (obsahují v buňkách asi dvacet částic magnetitu Fe3O4, které jim usnadňují orientaci) nebo želv (jejich mozky obsahují magnetické částice, jejich mozek dokáže vnímat magnetické pole horizontálně i vertikálně).
Magnetické pole nebo také magnetosféra tvoří ochranný štít Země. Magnetické pole Země vzniká v horké a tekuté vrstvě vnějšího jádra Země a má v blízkosti Země přibližně dipólový charakter. Protože roztavené železo, kterým je tvořeno jádro, je vodivé, indukuje se v něm při pohybech v slabém magnetickém poli elektrický proud, který obráceně zase způsobuje vznik silnějšího magnetického pole. Celý tento proces je obdobný tomu, jak vzniká elektrický proud v dynamu, a proto se celá teorie nazývá teorie hydromagnetického dynama.
Magnetické pole chrání Zemi před rychlými nabitými částicemi přicházejícími ze Slunce – slunečním větrem, který proudí průměrnou rychlostí asi 500 km s–1 a deformuje magnetické pole Země. Na straně přivrácené ke Slunci má tvar rázové vlny a na odvrácené straně dlouhý ohon. Nabité částice přicházející od Slunce obtékají rázovou vlnu a část z nich vniká do atmosféry oblastmi polárních kaspů (z anglického cusp = roh, cíp). Tam pronikají až do atmosféry částice kosmického záření a vznikají magnetické bouře. Aktuální podmínky na Slunci, ve slunečním větru, v magnetosféře a ionosféře obecně označujeme jako kosmické počasí. Jejich předpovídáním se zabývá jedenáct regionálních center, pro střední Evropu je toto centrum v Praze. Jejich úkolem je poskytovat informace téměř v reálném čase o geomagnetické aktivitě, kde změny mohou dosazovat stovek nT během několika minut. Sledují také změny vnitřního magnetického pole, které se pohybují v jednotkách nT za rok. V předpovědi počasí se uvádí informace týkající se sluneční aktivity (ve stupních velmi slabá, slabá, střední a silná), geomatické aktivity (ve stupních klidné, neustálené, narušené a silně narušené). V současné době se intenzivně zkoumá vliv geomagnetické aktivity na počasí. Vysokoenergetické částice slunečního větru, kterým se za daných podmínek podaří vstoupit do magnetického pole Země, způsobují vznik polární záře, ohrožují rozvody elektrické energie, potrubí dopravující ropu a plyn, telekomunikační kabely, zabezpečovací zařízení železnic a posádky letadel.
Magnetické pole Země a ionosféru zkoumá nebo zkoumalo několik sond. Mezi nimi např. družice CLUSTER (na jejichž vývoji spolupracovali i čeští vědci), které kolem Země letí ve vzájemné formaci ve vrcholech čtyřstěnu a provádějí dosud nejdetailnější prostorová měření parametrů slunečního větru a jeho interakce s magnetosférou Země. Cluster poprvé detekoval plazmové vlny v magnetopauze, pohyby rázové vlny pod nápory slunečního větru, prolétl skrze polární kasp a vytvořil první třírozměrný obraz magnetosféry Země. Družice POLAR je známa skvělými vizuálními a ultrafialovými snímky aurorálního oválu a polárních září. Jedinečné jsou nahrávky "zvuků" z ionosféry, především tzv. hvizdů – krátkých nízkofrekvenčních elektromagnetických pulsů šířících se podél zemských magnetických silokřivek.
