Quando i poli vanno a spasso
A differenza dei poli geografici, che restano fissi sulla superficie terrestre, i poli magnetici della Terra si spostano nel tempo, seguendo le variazioni del campo magnetico terrestre, arrivando a percorrere anche grandi distanze nel corso dei secoli
di Mauro Regi, Stefania Lepidi e Domenico Di Mauro
I poli geografici della Terra, lo apprendiamo già nei primi anni di scuola, sono i punti in cui l’ideale asse di rotazione del pianeta “buca” la superficie terrestre. Il Polo Nord e il Polo Sud, diametralmente opposti, sono i riferimenti fondamentali di ogni sistema cartografico utilizzato per descrivere il nostro pianeta.
Saremmo portati a pensare che i poli magnetici siano qualcosa di simile. In realtà presentano due differenze importanti.
La prima è che poli magnetici e poli geografici non coincidono: possono distare anche centinaia di chilometri l’uno dall’altro. Questo significa che qualsiasi sistema di orientamento basato sul campo magnetico terrestre è necessariamente diverso da quello basato sull’asse di rotazione della Terra.
La seconda è che i poli magnetici non sono fissi, ma si muovono nel tempo. Il loro moto, apparentemente irregolare, obbliga a un continuo aggiornamento delle carte e dei sistemi di orientamento che utilizzano il campo magnetico terrestre.
Entrambi i poli magnetici, individuati attraverso misure effettuate direttamente sul campo, hanno mostrato nel tempo una lenta migrazione, con velocità dell’ordine di alcune decine di chilometri all’anno. Negli ultimi 120 anni hanno percorso circa mille chilometri.
È stato osservato inoltre che i due poli si muovono in maniera indipendente e con velocità diverse. A metà degli anni ’90 il polo nord magnetico ha accelerato il proprio movimento, passando da circa 15 chilometri all’anno a oltre 50 chilometri all’anno, mentre il polo sud magnetico ha cambiato direzione.
Come si genera il campo magnetico terrestre?
Per comprendere questi movimenti bisogna guardare all’interno del pianeta.
Il campo magnetico terrestre nasce infatti dalle correnti elettriche che circolano nella parte fluida del nucleo, generate dai moti convettivi del ferro liquido, un materiale altamente conduttivo che costituisce la parte principale del nucleo terrestre. Questo processo, noto come geodinamo, produce un campo magnetico molto esteso che circonda la Terra e si estende nello spazio per diversi raggi terrestri.
Il campo magnetico svolge un ruolo fondamentale: agisce come uno scudo naturale che devia gran parte delle particelle cariche provenienti dal Sole. Senza questa protezione, il vento solare potrebbe progressivamente erodere l’atmosfera e l’acqua del pianeta, rendendo la Terra molto più simile a un ambiente inospitale come quello di Marte.
Per visualizzare la forma del campo magnetico terrestre potremmo immaginare una bussola il cui ago possa orientarsi liberamente nello spazio. In qualunque punto della superficie terrestre, l’ago tende ad allinearsi lungo la direzione del campo magnetico, che va dal polo sud magnetico al polo nord magnetico, con inclinazioni che aumentano man mano che ci si avvicina ai poli.
Già Cristoforo Colombo, durante i suoi viaggi transatlantici tra il 1492 e il 1502, si accorse che l’ago della bussola non indicava esattamente il Nord geografico. Oggi, proprio come accadeva allora, la navigazione aeronavale utilizza mappe del campo geomagnetico: conoscere con precisione la sua evoluzione è quindi fondamentale.
Come si determina la posizione dei poli magnetici
Oltre alle misure effettuate direttamente sul campo, la posizione dei poli magnetici può essere stimata anche attraverso modelli matematici globali del campo geomagnetico. Questi modelli combinano i dati raccolti negli osservatori magnetici distribuiti sulla superficie terrestre con misure aeronavali e satellitari.
Grazie a queste ricostruzioni è possibile seguire nel tempo la migrazione dei poli magnetici. I dati mostrano che, negli ultimi decenni, i due poli si sono mossi in modo indipendente: a partire dagli anni ’90 il polo nord magnetico ha accelerato il proprio movimento, dirigendosi dal Canada verso la Siberia, mentre il polo sud ha modificato la propria traiettoria.
Poiché il campo magnetico terrestre è in continua evoluzione, anche questi modelli devono essere aggiornati periodicamente. Un esempio significativo si verificò alla fine degli anni 2010: il modello pubblicato nel 2015 dovette essere aggiornato già nel 2019, quasi due anni prima del previsto, perché lo spostamento del polo nord magnetico stava rendendo meno accurati alcuni sistemi di navigazione.
I satelliti che studiano il campo magnetico
Un contributo importante alla determinazione della posizione dei poli magnetici arriva oggi anche dai satelliti.
Tra questi, i satelliti Swarm dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA), una costellazione di tre satelliti lanciati nel novembre 2013 e tuttora operativi. I satelliti Swarm compiono orbite polari intorno alla Terra in circa 90 minuti, permettendo di coprire l’intera superficie del pianeta nell’arco di una giornata.
Grazie agli strumenti di bordo, Swarm misura con grande precisione il campo magnetico terrestre, contribuendo a migliorare i modelli geomagnetici globali.
L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) studia da decenni il campo magnetico terrestre e ne monitora le variazioni sia sul territorio nazionale sia nelle basi di ricerca in Antartide. Negli ultimi anni alcuni ricercatori dell’INGV hanno utilizzato anche i dati dei satelliti Swarm per ricostruire con grande precisione la posizione dei poli magnetici.
Queste osservazioni permettono di seguire nel tempo gli spostamenti dei poli e di migliorare la nostra conoscenza della dinamica del campo magnetico terrestre.
Osservare come i poli magnetici si muovono sulla superficie del pianeta significa infatti guardare, indirettamente, ciò che accade a migliaia di chilometri di profondità, nel nucleo della Terra: una regione invisibile e lontanissima, ma fondamentale per il funzionamento del nostro pianeta e per la protezione dell’ambiente in cui viviamo.