In de verre toekomst, rond de 2 miljard jaar na nu, zal de convectie in de aardkern tot stilstand komen en het aardmagnetisch veld verdwijnen. Met de aarde zal dan gebeuren wat eerder met Mars gebeurde: een genadeloos bombardement van zonnewind zal de atmosfeer langzaam maar zeker uitputten en de aarde uitdrogen. Kan een kunstmatig magnetisch veld de aarde redden? Hoe sterk zou dit moeten zijn?
Hoe ontstaan magnetische velden?
Magnetisme bestaat alleen omdat de speciale relativiteit bestaat. Sterker nog: de speciale relativiteitstheorie is rechtstreeks af te leiden uit de vier fundamentele vergelijkingen van Maxwell die alle elektromagnetisme beschrijven. Een elektrische lading die beweegt, wekt een magnetisch veld op. Ook bestaan er elementaire magneetjes in de vorm van ijzeratomen of microstructuren, zoals in keramische magneten van neodymium en samarium. Deze wekken ook een magnetisch veld op: de reden waarom permanente magneten bestaan.
Op deze schaal zijn permanente magneten niet praktisch. We richten ons daarom op elektromagneten.
Het aardmagnetisch veld wordt opgewekt door stromingen in de aardkern. Als deze stoppen, hoe vervangen we die dan? – NASA
Hoe sterk is het aardmagnetisch veld?
Het aardmagnetisch veld heeft op de aardoppervlakte een sterkte van 25 tot 65 microtesla’s. Dit is op het eerste gezicht niet erg sterk: het veld van een sterke neodymiummagneet is tienduizenden malen sterker. Echter: dit veld omvat de gehele aarde. Om de zonnewind af te weren, moet een veld worden geconstrueerd dat minimaal dezelfde grootte en sterkte heeft.
Hoe vervangen we dit aardmagnetisch veld?
De eenvoudigste oplossing is een elektrisch supergeleidende spoel die om de aarde zweeft. Denk bijvoorbeeld aan een locatie op tienduizend kilometer van de aardkern, dus rond de 3 500 km boven de aardoppervlakte. Dit betekent een totale lengte per winding van rond de 62 800 km. Deze ring is in principe instabiel, dus moet voortdurend worden bijgestuurd en in de juiste baan worden gehouden.
Hier moet vervolgens een sterke stroom doorheen worden gestuurd. Voor een te bereiken veldsterkte van 50 microtesla en tienduizend windingen is dan in principe een stroom van 50 000 ampère toereikend om dit veld op te wekken. Japanse wetenschappers zijn er in 2014 in geslaagd om 100 000 ampère op te wekken en door een supergeleidend circuit te laten vloeien.
In theorie is deze oplossing dus zeker mogelijk. Echter: de bouw van 620 miljoen kilometer supergeleidende kabel die nooit mag haperen, zal zeer veel grondstoffen vergen. Wellicht is het dan slimmer om ionkanalen te openen – in de ruimte heerst vacuüm – die door richtringen worden gestuurd. Zeg maar een soort deeltjesversneller rond de aarde.
Oplossing voor Mars en Venus?
Deze techniek kan nu al worden gebruikt om een toekomstig geterraformeerd Mars te beschermen tegen de zonnewind. Omdat Mars veel kleiner is dan de aarde en de flux van de zonnewind maar de helft is, zou dit systeem kleiner kunnen.
Voor Venus zal een twee keer zo sterke veldsterkte, en hiermee stroomsterkte, nodig zijn om hetzelfde effect te bereiken.
Venus zal grondiger aangepakt moeten worden: zo moet de planeet weer in rotatie worden gebracht en verlost van de verstikkende deken koolstofdioxide. De hoeveelheden energie die hier voor nodig zijn, vereisen een Kardashev-II beschaving en liggen nog ver buiten ons bereik.
Het bericht Kunstmatig magnetisch veld om de aarde te redden? verscheen eerst op Visionair.