To, že naša planéta Zem má magnetické pole, je všeobecne známe hlavne vďaka navigácii pomocou kompasu. Možno menej známa je príčina vzniku tohto poľa, ako i fakt, že jeho veľkosť a smer sa pomaly menia. Viete napríklad, že severný magnetický pól sa nachádza v blízkosti južného geografického pólu? Alebo ako ovplyvňuje magnetické pole Zeme život na Zemi? Ľudia nedokážu magnetické pole bezprostredne vnímať, existujú však živočíchy, ktoré to vedia? Vzniká podobné magnetické pole aj na iných planétach, hviezdach či galaxiách?

Magnetické vlastnosti látok poznajú ľudia už viac ako 2500 rokov. Vtedy blízko mesta Magnesia v Malej Ázii objavili rudu - magnetit, ktorej kusy sa navzájom ovplyvňovali, a priťahovali aj železo. Už starí Gréci používali magnetit na určenie severu. Ak je z tejto rudy vyrobená malá magnetka podoprená v strede, ustáli sa vždy v rovnakom, severojužnom smere. Takto bol vynájdený kompas, ktorý umožnil v stredoveku podnikať objavné cesty do nových svetov.

Prvé podrobnejšie štúdium magnetizmu uverejnil Sir William Gilbert v roku 1600. Skúmal veľký kus magnetitu opracovaný do tvaru gule a meral smer magnetického poľa na jej povrchu. Zistil, že magnetické vlastnosti Zeme a gule z magnetitu sú podobné, a že celá Zem sa správa ako veľký magnet (obr. 1). Pretože severný a južný pól magnetov sa navzájom priťahujú, severný pól magnetky (ktorý ukazuje na sever) je priťahovaný k južnému magnetickému pólu Zeme. Preto je južný magnetický pól Zeme na severnej pologuli.

V skutočnosti je magnetické správanie Zeme oproti obyčajnému magnetu omnoho zložitejšie. Na Zemi je len málo miest, kde magnetka kompasu ukazuje presne na sever. Navyše odchýlky medzi magnetickým severom a skutočným severom sa neustále menia. Napríklad v roku 1580 magnetka v Londýne ukazovala 11,5° východne od skutočného severu, v roku 1819 to bolo asi 30° západne, a teraz 8° západne. Južný magnetický pól je vzdialený asi 1600 km od geografického severného pólu - na 75° severnej zemepisnej šírky a 101° západnej zemepisnej dĺžky. Severný magnetický pól je od geografického južného pólu ešte vzdialenejší - je na 65° južnej zemepisnej šírky a 140° východnej zemepisnej dĺžky.

Vysvetlenie príčin vzniku magnetického poľa Zeme dosiaľ nie je úplné. Isté je, že pôvodná predstava o tom, že vo vnútri Zeme sa nachádza trvalo zmagnetizované železné jadro - akýsi obrovský magnet veľkosti asi 600 km, nie je správna. Takto sa síce dá vysvetliť smer a sklon magnetického poľa, ťažkosti však robí vysoká teplota vo vnútri Zeme. Zmagnetovanie permanentných magnetov totiž zaniká pri teplotách vyšších ako tzv. Curieho teplota, ktorá je pre železo asi 770 °C. Keďže pod povrchom Zeme sa teplota zvyšuje asi o 30°C/km, železo stráca schopnosť zmagnetovania už v hĺbke niekoľko desiatok kilometrov.

Ako teda vzniká magnetické pole Zeme? Ako najpravdepodobnejšia sa javí teória, ktorá predpokladá prúdenie roztavenej horniny vo vnútri Zeme (obr. 2). Pod asi 2000 kilometrovým pevným plášťom Zeme sa nachádza asi 3000 km hrubá vrstva taveniny, ktorá obklopuje pevné jadro Zeme. Prúdením taveniny obsahujúcej ióny vzniká elektrický prúd, ktorý vytvára magnetické pole. Keďže ide o prúdenie taveniny obrovských rozmerov, na dosiahnutie zemského magnetického poľa stačí rýchlosť prúdenia len niekoľko milimetrov za sekundu. Ale prečo k prúdeniu dochádza? Pravdepodobne vďaka rozdielnej teplote taveniny v rôznych miestach Zeme (konvenčné tepelné prúdy) a rotácii Zeme. Naša Zem sa teda vlastne správa ako obrovský elektrický generátor. Odkiaľ však získava potrebnú energiu nie je celkom jasné.

V dôsledku nestacionárneho prúdenia taveniny dochádza aj k zmenám veľkosti magnetického poľa Zeme. Podľa výskumov zmagnetovania hornín, ktoré vznikali tuhnutím lávy, sa ukazuje, že pred niekoľko sto miliónmi rokov bolo magnetické pole Zeme asi polovičné voči dnešnej hodnote. Historické maximum intenzity magnetického poľa bolo asi pred 2000 rokmi. Dnes sa pole už zase zoslabuje. To však nie je všetko. Zistilo sa, že v histórii Zeme dochádza k periodickej výmene polôh severného a južného magnetického pólu. Priemerne k tomu dochádza raz sa 500 000 rokov, pričom posledná zmena nastala asi pred 700 000 rokmi. Podstata mechanizmu tejto zmeny spočíva zhruba v tom, že malé flukuácie v prúdení taveniny sa dokážu vyrovnať, avšak pri väčších odchýlkach môže dôjsť k prekročeniu kritickej hodnoty a tým aj k nevratnej zmene celkovej magnetickej orientácie. Modelovanie týchto javov pomocou výkonných počítačov je veľmi zaujímavé a ukazuje, že takéto vysvetlenie je naozaj možné.

Pritom obdobie prepólovania Zeme trvá asi 10 000 rokov, čo je síce z geologického hľadiska krátko, avšak môže mať veľké dôsledky na život na Zemi. Je možné, že práve obdobia, keď bola Zem bez ochranného magnetického poľa boli veľmi významné pre vývoj života na Zemi. Magnetické pole totiž pôsobí ako ochranný dáždnik pred nebezpečným kozmickým žiarením elektricky nabitých častíc. Platí totiž, že elektricky nabité častice sú v magnetickom poli odchyľované kolmo na smer svojej pôvodnej dráhy aj na smer magnetického poľa. Preto napokon väčšina z nich nedopadne na Zem. Niektoré sú zachytené v horných vrstvách magnetického poľa Zeme, kde tvoria tzv. Van Allenove pásy (obr. 3). Nabité častice sa pritom pohybujú po špirále a môžu zasiahnuť zemskú atmosféru v oblasti severného a južného pólu. Takto vzniká polárna žiara - známe svetielkovanie oblohy spôsobené nárazmi častíc na molekuly vzduchu v horných vrstvách atmosféry. V dôsledku slnečného vetra je magnetické pole Zeme deformované.

Je zaujímavé, že na magnetické pole sú citlivé niektoré živočíchy. Niektoré baktérie napríklad dokážu biologicky produkovať jednodoménové magnetické zrnká, ktoré sa viažu do reťazcov a tvoria ich vnútorný magnetický kompas. S jeho pomocou dokážu nájsť zásoby potravy. Podobne aj holuby majú vo svojej lebke mnohodoménové magnety z magnetitu, ktoré sú prepojené veľkým množstvom neurónov s mozgom holuba. Holuby takto dokážu vnímať magnetické pole, pričom rozlišujú nielen smer ale aj sklon magnetického poľa, čo im pomáha pri ich orientácii. Tiež v zadočkoch včiel bol zistený magnetický materiál.

Magnetické pole Zeme nie je vo vesmíre nijakou výnimkou - bolo zistené aj na viacerých planétach slnečnej sústavy. Významné je aj magnetické pole Slnka, ktoré mení svoju polaritu s periódou 22 rokov. Známy 11-ročný cyklus zmeny slnečných škvŕn a slnečnej aktivity trvá práve polovicu periódy zmeny magnetického poľa a má veľmi významné dôsledky aj na našu Zem. Obrovské magnetické polia vznikajú aj v jadrách galaxií. Štúdium ich dynamiky môže výrazne prispieť aj k pochopeniu magnetického poľa Zeme, lebo umožňuje pozorovať magnetické javy nielen zvonka, ale aj zvnútra sústavy (ak sa skúma naša galaxia).