A középkori Európában sokan úgy vélték, hogy az iránytűk északi pólusai amiatt állnak be észak felé, mert a távoli északon (ahová akkoriban nem tudtak elutazni, a mai Skandinávia északi részén) hatalmas hegységek húzódnak, és azok vasérctartalmú kőzetei vonzzák az iránytűk mágneseit. Persze ehhez sima vastartalom valójában nem lenne elég, hiszen a vas ugyanúgy vonzza egy iránytű déli pólusát, mint az északi pólusát, tehát ennek a távoli, hatalmas hegységnek mágneses vasércből kellene állnia.
1600-ban William GILBERT (ejtsd: gilbört) angol tudós vetette fel elsőként, hogy a gömb alakú Föld egy hatalmas állandómágnesként viselkedik (mint egy felmágnesezett acélgolyó), és a földfelszíni iránytűk ezen óriásmágnes miatt, annak erővonalai irányába állnak be a Föld felszínén különféle irányokba:
Érdekes, hogy manapság általában úgy ábrázoljuk a Földet, hogy a rajzokon a tengelye függőleges (vagy ferde), Gilbert viszont úgy ábrázolta, hogy a tengelye vízszintes, hiszen ráírta a víiszintes vonalra az axis (tengely) szót. Gilbert ábráján a mágneses mező iránya a Föld különböző helyein igen hasonló ahhoz, ahogy ma lerajzoljuk:
- a pólusok környékén a szabadon foroni képes iránytű függőlegesen áll be
- az egyenlítőn vízszintesen, méghozzá észak-déli irányban
- a kettő közötti földrajzi szélességi körökön pedig se függőlegesen, se vízszintesen, hanem ferdén (ezt méri a mágneses inklináció szöge)
Érdekes, hogy a földrajzi Északi-sarkánál nem északi mágneses pólus van, hiszen egy kis iránytű északi pólusát egy északi mágneses pólus taszítaná. Vagyis az Északi-sark környékén déli mágneses pólus van. Ugyanis állandómágnesek esetében az "északi pólus" az alábbi módokon definiáható:
- ami vonzza taszítja egy állandómágnes északi pólusát (illetve vonzza egy állandómágnes déli pólusát
- ahol a mágneses erővonalak az állandómágnesből kifelé jönnek (a déli pólus pedig az, ahol a mágneses erővonalak "befelé mennek" a mágnesbe)
Ezek alapján a Déli-sark környékén a földi mágneses mező északi pólusa található. Ettől még a köznyelvben (az egyszerűség kedvéért) azt mondjuk, hogy a földrajzi Északi-sark környékén van a mágneses északi pólus, olyan értelemben, hogy "ami felé beállnak az iránytűink északi pólusai". Vagy más megközelítésben: az északi mágneses pólus a földi mágneses mező "északon található" pólusa.
A mágneses pólusok pontos helye
Ezen a mai ábrán már azt is ábrázolták, hogy a földrajzi és a mágneses tengelyek illetve pólusok nem pontosan esnek egybe, jelenleg például Kanada északi részéntől Szibéria felé van az északi mágneses pólus (a bal alsó ábrán a kis kék csillag), és az Antarktisz szélén található a déli mágneses pólus (a jobb alsó ábrán a piros színű kis csillag). Sőt, a mágneses pólusok állandóan vándorolnak is, jelenleg durván évi 55 kilométert.
A mágneses mező, mint védőpajzs
Az, hogy a Földnek van mágneses mezeje, egyrészt amiatt előnyös, mert iránytűvel tudunk tájékozódni. De van ennél egy sokkal nagyobb előnye is: a világűrből (nagyrészt a Napból) állandóan érkeznek hozzánk nagy sebességű, elektromosan töltött részecskék (nagyrészt elektronok és protonok), úgymond "bombázzák" a Földet. Ha ezek a nagy sebességű részecskék eltalálnának egy embert (vagy más élőlényt), akkor a testszövetekben áthaladva úgy adnák le az energiájukat, hogy a testszövet molekuláinak kémiai kötéseit felszaggatnák, méghozzá ezrével, hiszen egy kémiai kötés energiája nagyságrendileg néhány $eV$ (elektronvolt), míg a napszél részecskéi jellemzően néhány $keV$ energiájúak. Ez nem előnyös az élő szervezetek számára, ugyanis ez pont olyan hatású lenne a szövetekre, mint a radioaktív sugárzások. Ha a Föld mágneses mezeje megszűnne, akkor olyan nagy radioaktív sugárdózis érné az élőlényeket a felszínen, hogy lakhatatlanná válna a bolygó. Szerencsére a Föld mágneses mezeje eltéríti, elhajlítja az ide érkező töltött részecskék pályáját, és az északi illetve déli pólus felé tereli őket:
A sarki fény
Amikor a Föld mágneses mezeje által eltérített töltött részecskék elérik az északi/déli pólus környékén a Föld atmoszféráját, akkor ütköznek a légkör gázmolekuláival, és gerjesztik (illetve ionozálják) azokat, amik aztán visszajutva az alapállapotba kisugároznak egy-egy fotont. Ezekből jön létre a turistacsalogató sarki fény:
Ez mindkét mágneses pólusnál jelentkezik, az északi féltekén Aurora borealis a neve (a latin aurora szó jelentése hajnal, a boreas szóé pedig északi szél), a déli féltekén a fényjelenség neve Aurora australis.
A sugárzási övek
A napszél részecskék élete ennél persze sokkal bonyolultabb. Egyrészt mert az eltérüléskor spirális pályán közelítik meg a földi pólusokat, és odaérve sokszor "visszapattannak" az egyre sűrűbbé váló mégneses erővonalak miatt, ezt a jelenséget hívják "mágneses tükör"-nek. Úgyhogy sok napszél részecske oda-vissza vándorol, "pattog" a mágneses pólusok között. Így a Föld körül kialakulnak olyan tartományok (térrészek), melyekben mágneses csapdába esett töltött részecskék sokasága található. Mivel az ezen térrészeken áthaladó űrhajósok szervezetét nagy sugárdózis éri, ezért ezeket (Van Allen-féle) sugárzási öveknek hívjuk:
Az alacsony Föld körüli pályánál messzebb haladó emberes űrhajók (ilyen volt a holdraszállást célzó Apollo-program) esetében a sugárzási övekre tekintettel kell megtervezni az űrutazást.
Amikor a mágneses pajzs hatástalan
A napszél részecskéi tipikusan \(400\ \mathrm{\displaystyle \frac{km}{s}}\) sebességűek, vagyis a fénysebességnek az ezredrészével haladnak. Azonban a kozmosz távolabbi részeiről folyamatosan érkeznek felénk sokkal nagyobb sebességű részecskék is (kozmikus sugárzás). Ezeket nem tudja eltéríteni a Föld mágneses mezeje, sőt, még a Föld légköre sem képes teljesen elnyelni őket. Ezek egy része lejut a földfelszínre, és ezek adják az átlagembert érő összes természetes radioaktív dózis $5\%$‑át.