När jordens magnetiska sköld misslyckas, så gör dess satelliter. Först, våra kommunikationssatelliter i de högsta banorna går ner. Nästa, Astronauter i låg omloppsbana om jorden kan inte längre ringa hem. Och slutligen, kosmiska strålar börjar bombardera varje människa på jorden.

Detta är en möjlighet som vi kan börja möta inte under de kommande miljoner åren, inte inom de kommande tusen, men inom de närmaste hundra. Om jordens magnetfält skulle avta markant, den kan kollapsa helt och vända polariteten – ändra magnetisk nord till söder och vice versa. Konsekvenserna av denna process kan bli fruktansvärda för vår planet.

Mest oroande, vi kan vara på väg mot det här scenariot.

"Det geomagnetiska fältet har förfallit under de senaste 3, 000 år, sa Dr. Nicolas Thouveny från European Centre for Research and Teaching of Environmental Geosciences (CEREGE) i Aix-en-Provence, Frankrike. "Om den fortsätter att falla i denna takt, om mindre än ett millennium kommer vi att befinna oss i en kritisk (period).'

Dr. Thouveny är en av huvudutredarna i det femåriga EDIFICE-projektet, som har pågått sedan 2014. Tillsammans med sina kollegor, han har undersökt historien om jordens magnetfält, inklusive när det har vänt tidigare, och när det kan komma igen.

Kosmiska strålar

Vår planets magnetfält skapas främst av flödet av flytande järn inuti kärnan. Det har alltid varit en del av vår planet, men den har vänt i polaritet upprepade gånger genom jordens historia. Varje gång den vänder – upp till 100 gånger under de senaste 20 miljoner åren, medan vändningen kan ta cirka 1, 000 år att slutföra – det lämnar fossil magnetisering i stenar på jorden.

Genom att ta kärnor – eller kolonner – av sediment från havsbotten, som ett långt sugrör som kan sträcka sig ner till 300 meter med hjälp av en borr, vi kan se tillbaka i tiden och se när dessa vändningar inträffade. Dr. Thouveny och hans team tittade på två speciella former av element som gjorde det möjligt för dem att undersöka historien om vår planets magnetfält mer i detalj.

För att en polaritetsomkastning ska inträffa, magnetfältet måste försvagas med cirka 90 % till en tröskelnivå. Denna process kan ta tusentals år, och under denna tid, avsaknaden av en skyddande magnetisk sköld runt vår planet tillåter fler kosmiska strålar – högenergipartiklar från andra håll i universum – att träffa oss.

När detta händer, dessa kosmiska strålar kolliderar med fler och fler atomer i vår atmosfär, såsom kväve och syre. Detta producerar varianter av element som kallas kosmogena isotoper, såsom kol-14 och beryllium-10, som faller till ytan. Och genom att studera mängderna av dessa i kärnor, vi kan se när polaritetsomkastningar ägde rum.

Den senaste vändningen inträffade mellan 772, 000 och 774, 000 år sedan. Sedan dess, fältet har nästan vänt 15 gånger, kallas en utflykt, minskar i styrka avsevärt men når inte riktigt den tröskel som behövs innan den stiger igen. Det är då vi är mest utsatta – eftersom fältet förfaller och sedan återhämtar sin styrka. Den senaste utflykten inträffade 40, 000 år sedan, och bevis tyder på att vi är på väg i den riktningen igen.

"Det geomagnetiska fältet har förlorat 30 procent av sin intensitet under de senaste 3, 000 år, sa Dr. Thouveny. 'Från detta värde, vi förutspår att det kommer att sjunka till nära noll om några århundraden eller ett årtusende.'

Satelliter

I dag, vi kan redan se effekterna av ett försvagat magnetfält på våra satelliter i omloppsbana.

I Atlanten mellan Sydamerika och Afrika, det finns ett stort område av jordens magnetfält som är ungefär tre gånger svagare än fältstyrkan vid polerna.

Detta kallas South Atlantic Anomaly (SAA), och det är i fokus för CoreSat-projektet som leds av professor Chris Finlay från Danmarks Tekniske Universitet (DTU) nära Köpenhamn. Använda data från flera satelliter, inklusive Europeiska rymdorganisationens (ESA) tre Swarm-satelliter som sköts upp 2013, detta projekt försöker ta reda på vad som orsakar SAA.

"Detta är en region där vi ser att satelliter konsekvent (upplever) elektroniska fel, sa prof. Finlay. "Och vi förstår inte varifrån denna svaga fältregion kommer, vad producerar det, och hur det kan förändras i framtiden.'

Forskare lade först märke till SAA på 1950-talet, och sedan dess har den minskat i styrka med ytterligare 6 %, samt att flytta närmare västerut. '(Det) har egentligen inte funnits någon övertygande förklaring till det, sa prof. Finlay, och tillägger att forskare inte har kunnat förutsäga hur det kommer att förändras.

CoreSat-projektet hoppas kunna förändra allt det, använda de mest detaljerade data som finns tillgängliga för att studera magnetfältets egenskaper här och hur det skiftar över tiden. Genom att undersöka SAA, teamet hoppas kunna se vad som händer inuti jordens kärna som kan orsaka det.

En möjlighet är att det kan finnas en stor anticyklon i den södra delen av jordens ytterkärna av flytande metall, som kan trycka ut magnetfältet från den sydatlantiska regionen. En annan möjlighet är att magnetfältet i denna region pekar åt fel håll – i själva verket, det sker en vändning av minipolariteten.

SAA ger oss en direkt titt på hur ett försvagat magnetfält kan påverka satelliter, eftersom många rymdfarkoster har rapporterat elektroniska fel när de flyger över denna region eftersom de träffas av kosmiska strålar. Men det är för närvarande oklart om SAA har någon relation till jordens magnetfält som vänder i polaritet, vilket också är något som prof. Finlay och hans team kommer att undersöka.

"I vissa simuleringar ser du funktioner som SAA växa under en polvändning, ' han sa. "Det är inte nödvändigtvis fallet, men det skulle inte vara en överraskning om något sådant här var inblandat i en magnetisk vändning.'

En skymt

Ändå, SAA kan bara ge oss en glimt av vad som kommer att ske inom en snar framtid. Om trenderna fortsätter, vår planets magnetfält skulle kunna vända igen om ett eller två årtusenden. Innan det, fältet kan fortsätta att försvagas, och inom ett sekel kan vi ställas inför allvarliga problem.

Minskningen av det geomagnetiska fältet är mycket viktigare och mer dramatisk än vändningen, sa Dr. Thouveny. "Det är mycket viktigt att förstå om det nuvarande fältet kommer att förfalla till noll under nästa århundrade, för vi måste förbereda oss.'