지구과학

지구 자기장

다이너모, 쌍극자, 복각·편각, 고지자기와 해저 줄무늬.

기초

지구 다이너모

외핵의 액체 철이 대류·자전과 함께 움직이며 전류와 자기장을 스스로 유지합니다. 이것이 다이너모입니다. 내부 열과 가벼운 원소의 부유가 대류를 밀어 줍니다. 장은 수천 년 규모로 세기가 변하고, 가끔 극이 뒤바뀝니다. 막대자석 지구는 1차 근사일 뿐, 실제는 다극 성분과 서향 드리프트가 있습니다.

쌍극자와 복각

지표에서 주된 성분은 기울어진 쌍극자에 가깝습니다. 복각(inclination)은 자기력선이 수평과 이루는 각으로, 자극 근처에서 가파르고 자기적도에서 0에 가깝습니다. 편각(declination)은 진북과 자북의 차이입니다. 항해·지질 나침반은 지역 편각표를 씁니다. 남대서양 이상처럼 쌍극자가 약한 구역이 있습니다.

고지자기

용암이 식거나 퇴적물이 쌓일 때 자성 광물이 당시 장을 잠글 수 있습니다. 오래된 복각은 그 대륙이 어느 위도에 있었는지 가늠하게 합니다. 해저 줄무늬는 중앙해령에서 생긴 지각이 정상·역전 장을 번갈아 기록한 것입니다. 판이 움직였다는 독립 증거가 됩니다. 재자화와 경사 보정은 해석을 조심하게 만듭니다.

자기권

태양풍이 지구 장을 해 쪽으로 압축하고 반대편으로 늘입니다. 하전 입자는 밴앨런대에 갇히고, 극 근처에서 대기로 쏟아지면 오로라가 됩니다. 강한 태양 폭풍은 장과 전리층을 흔들어 전파·위성·전력망을 교란할 수 있습니다. 화성처럼 전역 장이 약하면 대기가 태양풍에 더 드러납니다. 우주 날씨 안내는 관측 기관의 경보를 따르세요.

공식

쌍극자 자기장 (축상, 스케치)

B ∝ μ / r³

자기 모멘트 μ, 거리 r. 지구는 기울고 중심에서 조금 어긋남.

기호

μ 자기 모멘트
r 중심에서의 거리

쌍극자 복각

tan I = 2 tan λ_m

자기위도 λ_m. 자극에서 I → 90°.

기호

I 복각
λ_m 자기위도

사이클로트론 진동수

ω_c = q B / m

자기장 속 하전 입자의 선회. 밴앨런 스케치.

기호

q 전하
B 자기장
m 질량

핵심 표

지표 \|B\|	대략 25–65 μT, 극 쪽이 더 큼
자기 북극	진북과 다름. 해마다 조금씩 이동
브룬헤스	현재는 정자극기. 마지막 큰 역전은 약 78만 년 전