Притягательная планета. Поле земли


Что такое магнитное поле Земли? :: SYL.ru

Магнитное поле Земли – это образование, порождаемое источниками внутри планеты. Оно является объектом исследования соответствующего раздела геофизики. Далее рассмотрим подробнее, что собой представляет магнитное поле Земли, как оно образуется.

Общая информация

Недалеко от поверхности Земли, примерно на расстоянии трёх её радиусов, силовые линии от магнитного поля располагаются по системе "двух полярных зарядов". Здесь располагается область, называемая "плазменной сферой". С удалением от поверхности планеты нарастает влияние потока ионизированных частиц из солнечной короны. Это ведёт к сжатию магнитосферы со стороны Солнца, и напротив, магнитное поле Земли вытягивается с обратной, теневой стороны.

Плазменная сфера

Ощутимое воздействие на поверхностное магнитное поле Земли оказывает направленное движение заряженных частиц в верхних слоях атмосферы (ионосферы). Месторасположение последней - от ста километров и выше от поверхности планеты. Магнитное поле Земли удерживает плазмосферу. Однако её структура сильно зависит от активности солнечного ветра и взаимодействия его с удерживающим слоем. И частота магнитных бурь на нашей планете обусловлена вспышками на Солнце.

Терминология

Существует понятие "магнитная ось Земли". Это прямая, которая проходит через соответствующие полюсы планеты. "Магнитным экватором" называется большая окружность плоскости, перпендикулярная этой оси. Вектор на ней имеет приближенное к горизонтальному направление. Усреднённая напряжённость магнитного поля Земли значительно зависима от географического положения. Приблизительно она равна 0,5 Э, то есть 40 А/м. На магнитном экваторе этот же показатель равен примерно 0,34 Э, а вблизи полюсов он близок к 0,66 Э. В некоторых аномалиях планеты, например, в пределах Курской аномалии, показатель увеличен и составляет 2 Э. Силовые линии магнитосферы Земли со сложным строением, спроецированные на её поверхность и сходящиеся на её же полюсах, носят название "магнитных меридианов".

Природа возникновения. Предположения и догадки

Не так давно получило право на существование предположение о связи возникновения магнитосферы Земли с течением тока в жидкометаллическом ядре, находящемся на расстоянии четверти-трети радиуса нашей планеты. У учёных есть предположение и о так называемых "теллурических токах", протекающих вблизи земной коры. Следует сказать, что с течением времени происходит трансформация формирования. Магнитное поле Земли неоднократно изменялось в последние сто восемьдесят лет. Это зафиксировано в океанической коре, и об этом свидетельствуют исследования остаточной намагниченности. Путём сопоставления участков по обе стороны хребтов океана определяют время расхождения этих участков.

Сдвиг магнитных полюсов Земли

Местоположение этих участков планеты непостоянно. Регистрируется факт их смещений уже с конца девятнадцатого века. В Южном полушарии магнитный полюс сместился за это время на 900 км и оказался в акватории Индийского океана. В Северной части происходят аналогичные процессы. Здесь полюс смещается по направлению к магнитной аномалии в Восточной Сибири. С 1973 по 1994 годы расстояние, на которое сдвинулся здесь участок, составило 270 км. Эти предварительно рассчитанные данные подтвердились позже замерами. По последним данным, скорость движения магнитного полюса Северного полушария значительно увеличилась. Она выросла с 10 км/год в семидесятых годах прошлого века до 60 км/год в начале нынешнего. При этом напряжённость у земного магнитного поля неравномерно уменьшается. Так, за последние 22 года она в отдельных местах снизилась на 1.7%, а где-то на 10%, хотя есть и участки, где она, напротив, возросла. Ускорение в смещении магнитных полюсов (приблизительно на 3 км в год) даёт повод предположить, что наблюдаемое сегодня их перемещение не есть экскурс, это очередная инверсия. Это косвенно подтверждается и увеличением так называемых "полярных щелей" на юге и севере магнитосферы. В образовавшиеся расширения стремительно проникает ионизированный материал солнечной короны и космоса. От этого в приполярных областях Земли собирается всё большее количество энергии, что само по себе чревато дополнительным разогревом полярных ледяных шапок.

Координаты

В науке, изучающей космические лучи, используют координаты геомагнитного поля, названные в честь учёного Мак-Илвайна. Он первым предложил использовать их, поскольку они основаны на изменённых вариантах активности заряженных элементов в магнитном поле. Для точки используются две координаты (L, B). Они характеризуют магнитную оболочку (параметр Мак-Илвайна) и индукцию поля L. Последний – параметр, равный соотношению среднего удаления сферы от центра планеты к его радиусу.

"Магнитное наклонение"

Несколько тысячелетий назад китайцы сделали удивительное открытие. Они выяснили, что намагниченные предметы способны располагаться в определённом направлении. А в середине шестнадцатого века Георг Картманн – немецкий учёный - сделал очередное открытие в этой области. Так появилось понятие "магнитное наклонение". Под этим названием подразумевается угол отклонения стрелки вверх либо вниз от горизонтальной плоскости под влиянием магнитосферы планеты.

Из истории исследований

В области северного магнитного экватора, отличного от географического, северный конец отходит вниз, а в южном, наоборот, – вверх. В 1600 году английским врачом Уильямом Гильбертом впервые были сделаны предположения о наличии магнитного поля Земли, вызывающего определённое поведение предметов, предварительно намагниченных. В своей книге он описал опыт с шаром, снабжённым железной стрелкой. В результате исследований он пришёл к выводу о том, что Земля представляет собой большой магнит. Эксперименты проводил и английский астроном Генри Геллибрант. В результате своих наблюдений он пришёл к выводу о том, что магнитное поле Земли подвержено медленным изменениям.

Хосе де Акоста описал возможность использования компаса. Он также установил, чем отличаются Магнитный и Северный полюсы, а в его знаменитой Истории (1590) была обоснована теория о линиях без магнитного отклонения. Значительный вклад в изучение рассматриваемого вопроса внес и Христофор Колумб. Ему принадлежит открытие непостоянства магнитного склонения. Трансформации поставлены в зависимость от изменения географических координат. Магнитное склонение – это угол отклонения стрелки от направления Север–Юг. В связи с открытием Колумба активизировалось исследование. Сведения о том, что собой представляет магнитное поле Земли, крайне необходимы были мореплавателям. Работал над этой проблемой и М. В. Ломоносов. Он для изучения земного магнетизма рекомендовал вести системные наблюдения, используя для этого постоянные пункты (подобие обсерваторий). Также очень важно было, по мнению Ломоносова, это осуществлять и на море. Эта мысль великого учёного была реализована в России спустя шестьдесят лет. Открытие Магнитного полюса на Канадском архипелаге принадлежит полярному исследователю англичанину Джону Россу (1831 год). А в 1841 он же открыл другой полюс планеты, но уже в Антарктиде. Гипотезу о происхождении магнитного поля Земли выдвинул Карл Гаусс. Вскоре он же доказал, что большая часть его питается из источника внутри планеты, но причина его незначительных отклонений находится во внешней среде.

www.syl.ru

Интересные сведения о магнитном поле Земли: Наука и техника: Lenta.ru

В последние дни на научных информационных сайтах появилось большое количество новостей, посвященных магнитному полю Земли. Например, новость о том, что в последнее время оно существенно изменяется, или о том, что магнитное поле способствует утечке кислорода из земной атмосферы и даже про то, что вдоль линий магнитного поля ориентируются коровы на пастбищах. Что представляет собой магнитное поле и насколько важны все перечисленные новости?

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по "направлению". Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В недавней работе ученые из Массачусетского технологического института предложили сразу два возможных механизма образования "скалистых" планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать.

Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля "помнит" о смене полюсов. Анализ таких "воспоминаний" показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время "переходного периода" на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме "следов" плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких "движений" поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. "Толщина" магнитного поля в этом районе не превышает трети от "нормальной". Исследователи давно обратили внимание на эту "прореху" в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и "выбрасывает" их в космическое пространство.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем "реперными точками" для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из "теорий заговора" – теории о лунной мистификации. Как уже упоминалось выше, магнитное поле защищает нас от космических частиц. "Собранные" частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации.

Магнитное поле Земли - удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было - его необходимо было бы придумать.

lenta.ru

Магнитное поле Земли

Солнечная система > Система Земля-Луна > Планета Земля > Магнитное поле Земли

Хотя наблюдать это визуально нельзя, но невидимое магнитное поле Земли существует. Точнее сказать гигантское магнитное поле, защищающее планету и жизнь на ней от космической радиации. Давайте рассмотрим магнитное поле Земли поближе.

Графическое изображение магнитного поля Земли

Земля - это огромный магнит. Северный полюс магнита располагается в верхней части планеты, недалеко от географического полюса, а Южный вблизи с географическим Южным полюсом. Силовые магнитные линии, выходящие из этих точек на многие тысячи километров в космос, являются земной магнитосферой.

Географические полюса и магнитные находятся достаточно далеко друг от друга. Если четко провести черту между магнитными полюсами, то получится магнитная ось, которая наклонена на 11.3 градусов к оси вращения. Эта величина меняется, так как магнитные полюса передвигаются по поверхности, передвигаясь ежегодно на целых 15 км.

На данном изображение показано, как солнечный ветер огибает нашу планету благодаря магнитному полю Земли

Магнитное поле создается электрическими токами, образующимися во внешнем жидком ядре глубоко внутри Земли. Хотя это жидкий металл, он перемещается. Этот процесс называется конвекцией. Движение металла порождает токи и, как следствие, магнитные поля.

Поле нашей планеты надежно защищает её от космической радиации. Самым большим её источником является солнечный ветер - сильно заряженные частицы, выстрелянные Солнцем. Земная магнитосфера отклоняет потоки солнечного ветра, перенаправляя их вокруг планеты, так что радиация не оказывает на нас никакого влияния.

Без магнитного поля, солнечный ветер лишил бы планету атмосферы. Существует гипотеза, что именно это произошло на Марсе. Помимо солнечного ветра, наше светило периодически высвобождает огромное количество энергии и вещества в виде корональных выбросов, сопровождающихся усиленным потоком радиоактивных частиц. Поле и в таких случаях защищает планету, отклоняя эти потоки от планеты.

Поле меняет свои полюса примерно раз в 250 000 лет. Южный магнитный полюс перемещается на место северного, и наоборот. Ученые не имеют четкой теории о том, почему это происходят. Существует версия, что подобный переворот уже должен произойти в ближайшее время.

Строение Земли

Поверхность Земли

Положение и движение Земли

o-kosmose.net

Магнитное поле Земли | Мир Знаний

Человек не видит и не слышит магнитное поле Земли, но это невидимое силовое поле окружает нашу планету петлями, которые простираются в космос на десятки тысяч километров. Если мы его не замечаем, то это не значит, что наше тело его не чувствует. Просто мы настолько привыкли к магнитному полю Земли, что принимаем его как должное.

А вот животные активно используют свойства магнитного поля. Птицы, летучие мыши, пчелы, рыбы (например, лосось), морские черепахи и многие другие существа с его помощью ориентируются в пространстве.

ГЛУБИННОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Магнитное поле Земли генерируется массами жидкого железа и никеля, которые вращаются по кругу. Ядро нагревается примерно до 5000 °С теплом, сохранившимся со времен формирования Земли, и теплом от распада радиоактивных элементов. Несмотря на высокие температуры, сочетание медленного охлаждения и сильного давления сверху привело к тому, что центральные области ядра затвердели, а вокруг них кружатся в водовороте жидкие массы.

Именно жидкий слой генерирует магнитное поле. Вращение Земли и конвективные течения создают в нем сильные круговые электрические токи, примерно параллельные экватору Земли. Явление, известное как динамо-эффект, удерживает под прямым углом к ним магнитное поле, а также магнитные полюса на поверхности недалеко от мест пересечения ее осью вращения Земли.

Поскольку поле создается динамическими процессами, оно очень нестабильно и колеблется в направлении вращения, приводя к смещению полюсов ежегодно на десятки километров. Морякам, использующим для навигации магнитные компасы, приходится учитывать, что их приборы указывают на местность не в Канаде, как раньше, а в Северном Ледовитом океане, причем все ближе к территории России.

ШИРОКИЙ ОХВАТ

От источника в центре Земли магнитное поле простирается на огромное расстояние. Часто его представляют в виде силовых линий, которые можно определить по силе и направлению поля в разных местах. Силовые линии выходят из магнитных полюсов, между которыми они образуют петли, относительно параллельные поверхности Земли.

Одна из главных «функций» этой системы — защита нашей планеты от космического излучения. Земля находится на пути солнечного ветра — потока электрически заряженных частиц, исходящих от Солнца во всех направлениях. Если бы эти частицы проникли в атмосферу Земли, они повредили бы живые клетки. К счастью, они электрически заряжены, поэтому отталкиваются при встрече с магнитным полем и меняют направление движения, пролетая вдоль силовых линий, параллельных земной поверхности.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА

Высокоэнергичные частицы могут попадать в огромные тороидальные зоны между силовыми линиями магнитного поля Земли. Два огромных тора, окружающих ее, называют радиационными поясами Ван Аллена в честь ученого-новатора в области космонавтики Джеймса Ван Аллена. Внутренний пояс пролегает примерно на высоте одного радиуса Земли (6378 км), а внешний — приблизительно в пяти радиусах. В этих зонах заряженные частицы накапливаются и удерживаются магнитным полем, а вырвавшиеся заменяются другими.

МАГНИТНАЯ ФОРМА

Есть и другие аспекты взаимодействия магнитного поля Земли и солнечного ветра. Ветер несет следы магнитного поля Солнца, которые влияют на форму магнитосферы Земли, сжимая ее со стороны Солнца и вытягивая в длинный магнитный хвост с противоположной. В зависимости от силы ветра на разных этапах солнечного цикла размер магнитосферы Земли и положение таких областей, как пояса Ван Аллена, могут сильно меняться.

Самый впечатляющий эффект этих явлений в околоземном пространстве — северное и южное полярные сияния. Часто авроральные явления вызваны сложным взаимодействием между солнечным магнитным полем и земной магнитосферой, связанным с активностью на Солнце за несколько дней до этого. Поскольку приближающиеся частицы сталкиваются с атомами и молекулами разреженного газа в верхних слоях атмосферы, они излучают энергию характерных цветов: атомы кислорода обычно красные и зеленые, а молекулы азота — розовые и фиолетовые.

ИНВЕРСИЯ ПОЛЯ

Поскольку металлы в ядре Земли движутся по кругу с непостоянной скоростью, сила магнитного поля также варьируется. Направление вращения ядра может меняться на противоположное, что вызывает инверсию магнитных полюсов, то есть северный и южный магнитные полюса Земли меняются местами на некоторое время, возможно, на несколько тысяч лет.

Магнитограмма океанического дна Земли позволяет восстановить древнюю историю инверсий магнитных полюсов за период более десятков миллионов лет. Однако в них не прослеживается четкая закономерность: иногда всего за несколько миллионов лет происходило множество полных изменений полюсов, а другие периоды характеризовались длительной стабильностью. Ученые не знают, что является причиной такой непоследовательности. Это естественный результат хаотичного движения течений в ядре или ее вызывают другие причины, возможно, движение литосферных плит либо сильные удары из космоса?

Некоторые ученые считают, что очередная инверсия магнитных полюсов неизбежна, но доказательств у этой гипотезы мало. Действительно, за последние полтора века сила магнитного поля снизилась на 10 %, но это значение — в пределах нормы и не является безусловным признаком скорых глобальных изменений.

ПЕРЕЖИТЬ ИЗМЕНЕНИЯ

Даже если произойдет инверсия полюсов, причин предсказывать апокалипсис очень мало. Жизнь на Земле (в том числе и наши прямые предки) переживала такие события. Значит, в эти периоды магнитное поле не исчезает полностью и поверхность не подвергается опасным космическим излучениям.

Именно динамическое происхождение магнитного поля Земли делает его сильным. Другие внутренние планеты Солнечной системы обладают более слабыми полями или вовсе не имеют таковых. В большинстве случаев это объясняется тем, что их ядро отвердело, ослабив магнитное поле. В отдаленном будущем магнитное поле Земли также может значительно ослабнуть.

    4073      

mir-znaniy.com

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ. Большинство планет Солнечной системы в той или иной степени обладают магнитными полями. По убыванию дипольного магнитного момента на первом месте Юпитер и Сатурн, а за ними следуют Земля, Меркурий и Марс, причем по отношению к магнитному моменту Земли значение их моментов составляет 20 000, 500, 1, 3/5000 3/10000. Дипольный магнитный момент Земли на 1970 составлял 7,98·1025 Гс/см3 (или 8,3·1022 А.м2), уменьшаясь за десятилетие на 0,04·1025 Гс/см3. Средняя напряженность поля на поверхности составляет около 0,5 Э (5·10–5 Тл). По форме основное магнитное поле Земли до расстояний менее трех радиусов близко к полю эквивалентного магнитного диполя. Его центр смещен относительно центра Земли в направлении на 18° с.ш. и 147,8° в. д. Ось этого диполя наклонена к оси вращения Земли на 11,5°. На такой же угол геомагнитные полюса отстоят от соответствующих географических полюсов. При этом южный геомагнитный полюс находится в северном полушарии. В настоящее время он расположен недалеко от северного географического полюса Земли в Северной Гренландии. Его координаты j = 78,6 + 0,04° Т с.ш., l = 70,1 + 0,07° T з.д., где Т – число десятилетий от 1970. У cеверного магнитного полюса j = 75° ю.ш., l = 120,4° в.д. (в Антарктиде). Реальные магнитные силовые линии магнитного поля Земли в среднем близки к силовым линиям этого диполя, отличаясь от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре. В результате вековых вариаций геомагнитный полюс прецессирует относительно географического полюса с периодом около 1200 лет. На больших расстояниях магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца потока плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает «шлейф» в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны.

Специальный раздел геофизики, изучающий происхождение и природу магнитного поля Земли называется геомагнетизмом. Геомагнетизм рассматривает проблемы возникновения и эволюции основной, постоянной составляющей геомагнитного поля, природа переменной составляющей (примерно 1% от основного поля), а так же структура магнитосферы – самых верхних намагниченных плазменных слоев земной атмосферы, взаимодействующих с солнечным ветром и защищающих Землю от космического проникающего излучения. Важной задачей является изучение закономерностей вариаций геомагнитного поля, поскольку они обусловлены внешними воздействиями, связанными в первую очередь с солнечной активностью.

Происхождение магнитного поля.

Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты или в плазме звезды. При температуре вещества в несколько тысяч К его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

Составляющие геомагнитного поля.

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие три основные части.

1. Основное магнитное поле Земли, испытывающее медленные изменения во времени (вековые вариации) с периодами от 10 до 10 000 лет, сосредоточенными в интервалах 10–20, 60–100, 600–1200 и 8000 лет. Последний связан с изменением дипольного магнитного момента в 1,5–2 раза.

2. Мировые аномалии – отклонения от эквивалентного диполя до 20% напряженности отдельных областей с характерными размерами до10 000 км. Эти аномальные поля испытывают вековые вариации, приводящие к изменениям со временем в течение многих лет и столетий. Примеры аномалий: Бразильская, Канадская, Сибирская, Курская. В ходе вековых вариаций мировые аномалии смещаются, распадаются и возникают вновь. На низких широтах имеется западный дрейф по долготе со скоростью 0,2° в год.

3. Магнитные поля локальных областей внешних оболочек с протяженностью от нескольких до сотен км. Они обусловлены намагниченностью горных пород в верхнем слое Земли, слагающих земную кору и расположенных близко к поверхности. Одна из наиболее мощных – Курская магнитная аномалия.

4. Переменное магнитное поле Земли (так же называемое внешним) определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности и в ее атмосфере. Основными источниками таких полей и их изменений являются корпускулярные потоки замагниченной плазмы, приходящие от Солнца вместе с солнечным ветром, и формирующие структуру и форму земной магнитосферы.

Структура магнитного поля земной атмосферы.

Земное магнитное поле находится под воздействием потока намагниченной солнечной плазмы. В результате взаимодействия с полем Земли образуется внешняя граница околоземного магнитного поля, называемая магнитопаузой. Она ограничивает земную магнитосферу. Из-за воздействия солнечных корпускулярных потоков размеры и форма магнитосферы постоянно меняются, и возникает переменное магнитное поле, определяемое внешними источниками. Его переменность обязана своим происхождением токовым системам, развивающимся на различных высотах от нижних слоев ионосферы до магнитопаузы. Изменения магнитного поля Земли во времени, вызванные различными причинами, называются геомагнитными вариациями, которые различаются как по своей длительности, так и по локализации на Земле и в ее атмосфере.

Магнитосфера – область околоземного космического пространства, контролируемая магнитным полем Земли. Магнитосфера формируется в результате взаимодействия солнечного ветра с плазмой верхних слоев атмосферы и магнитным полем Земли. По форме магнитосфера представляет собой каверну и длинный хвост, которые повторяют форму магнитных силовых линий. Подсолнечная точка в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов, а хвост магнитосферы простирается за орбиту Луны. Топология магнитосферы определяется областями вторжения солнечной плазмы внутрь магнитосферы и характером токовых систем.

Хвост магнитосферы образован силовыми линиями магнитного поля Земли, выходящими из полярных областей и вытянутых под действием солнечного ветра на сотни земных радиусов от Солнца в ночную сторону Земли. В итоге плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу, придавая ей своеобразную хвостатую форму. В хвосте магнитосферы, на больших расстояниях от Земли, напряженность магнитного поля Земли, а следовательно и их защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность проникнуть и попасть во внутрь земной магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов. Проникая в головную часть магнитосферы в область овалов полярных сияний под действием изменяющегося давления солнечного ветра и межпланетного поля, хвост служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи. Магнитосфера отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков обтекают магнитосферу. Влияние солнечного ветра на земное магнитное поле иногда бывает очень сильным. Магнитопауза – внешняя граница магнитосферы Земли (или планеты), на которой динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. При типичных параметрах солнечного ветра подсолнечная точка удалена от центра Земли на 9–11 земных радиусов. В период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может заходить за геостационарную орбиту (6,6 радиусов Земли). При слабом солнечном ветре подсолнечная точка находится на расстоянии 15–20 радиусов Земли.

Солнечный ветер –

истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц – несколько десятков в 1 см3.

Магнитная буря.

Локальные характеристики магнитного поля изменяются и колеблются иногда в течение многих часов, а потом восстанавливаются до прежнего уровня. Это явление называется магнитной бурей. Магнитные бури часто начинаются внезапно и одновременно по всему земному шару.

Геомагнитные вариации.

Изменение магнитного поля Земли во времени под действием различных факторов называются геомагнитными вариациями. Разность между наблюдаемой величиной напряженности магнитного поля и средним ее значением за какой-либо длительный промежуток времени, например, месяц или год, называется геомагнитной вариацией. Согласно наблюдениям, геомагнитные вариации непрерывно изменяются во времени, причем такие изменения часто носят периодический характер.

Cуточные вариации. Cуточные вариации геомагнитного поля возникают регулярно в основном за счет токов в ионосфере Земли, вызванных изменениями освещенности земной ионосферы Солнцем в течение суток.

Нерегулярные вариации. Нерегулярные вариации магнитного поля возникают вследствие воздействия потока солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли, а так же изменений внутри магнитосферы и взаимодействия магнитосферы с ионосферой.

27-дневные вариации. 27-дневные вариации существуют как тенденция к повторению увеличения геомагнитной активности через каждые 27 дней, соответствующих периоду вращения Солнца относительно земного наблюдателя. Эта закономерность связана с существованием долгоживущих активных областей на Солнце, наблюдаемых в течении нескольких оборотов Солнца. Эта закономерность проявляется в виде 27-дневной повторяемости магнитной активности и магнитных бурь.

Сезонные вариации. Сезонные вариации магнитной активности уверенно выявляются на основании среднемесячных данных о магнитной активности, полученных путем обработки наблюдений за несколько лет. Их амплитуда увеличивается с ростом общей магнитной активности. Найдено, что сезонные вариации магнитной активности имеют два максимума, соответствующие периодам равноденствий, и два минимума, соответствующие периодам солнцестояний. Причиной этих вариаций является образование активных областей на Солнце, которые группируются в зонах от 10 до 30° северной и южной гелиографических широт. Поэтому в периоды равноденствий, когда плоскости земного и солнечного экваторов совпадают, Земля наиболее подвержена действию активных областей на Солнце.

11-летние вариации. Наиболее ярко связь между солнечной активностью и магнитной активностью проявляется при сопоставлении длинных рядов наблюдений, кратных 11 летним периодам солнечной активности. Наиболее известной мерой солнечной активности является число солнечных пятен. Найдено, что в годы максимального количества солнечных пятен магнитная активность также достигает наибольшей величины, однако возрастание магнитной активности несколько запаздывает по отношению к росту солнечной, так что в среднем это запаздывание составляет один год.

Вековые вариации – медленные вариации элементов земного магнетизма с периодами от нескольких лет и более. В отличии от суточных, сезонных, и других вариаций внешнего происхождения, вековые вариации связаны с источниками, лежащими внутри земного ядра. Амплитуда вековых вариаций достигает десятков нТл/год, изменения среднегодовых значений таких элементов, названы вековым ходом. Изолинии вековых вариаций концентрируются вокруг нескольких точек – центры или фокусы векового хода, в этих центрах величина векового хода достигает максимальных значений.

Радиационные пояса и космические лучи.

Радиационные пояса Земли – две области ближайшего околоземного космического пространства, которые в виде замкнутых магнитных ловушек окружают Землю.

В них сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли оказывает сильное влияние на электрически заряженные частицы, движущиеся в околоземном космическом пространстве. Есть два основных источника возникновения этих частиц: космические лучи, т.е. энергичные (от 1 до12 ГэВ) электроны, протоны и ядра тяжелых элементов, приходящие с почти световыми скоростями, главным образом, из других частей Галактики. И корпускулярные потоки менее энергичных заряженных частиц (105–106 эВ), выброшенных Солнцем. В магнитном поле электрические частицы движутся по спирали; траектория частицы как бы навивается на цилиндр, по оси которого проходит силовая линия. Радиус этого воображаемого цилиндра зависит от напряженности поля и энергии частицы. Чем больше энергия частицы, тем при данной напряженности поля радиус (он называется ларморовским) больше. Если ларморовский радиус много меньше, чем радиус Земли, частица не достигает ее поверхности, а захватывается магнитным полем Земли. Если ларморовский радиус много больше, чем радиус Земли, частица движется так, как будто бы магнитного поля нет, частицы проникают сквозь магнитное поле Земли в экваториальных районах, если их энергия больше 109 эв. Такие частицы вторгаются в атмосферу и вызывают при столкновении с ее атомами ядерные превращения, которые дают определенные количества вторичных космических лучей. Эти вторичные космические лучи уже регистрируются на поверхности Земли. Для исследования космических лучей в их первоначальной форме (первичных космических лучей) аппаратуру поднимают на ракетах и искусственных спутниках Земли. Примерно 99% энергичных частиц, «пробивающих» магнитный экран Земли, являются космическими лучами галактического происхождения и лишь около 1% образуется на Солнце. Магнитное поле Земли удерживает огромное число энергичных частиц, как электронов, так и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют как бы огромные кольца или пояса, охватывающие Землю вокруг геомагнитного экватора.

Эдвард Кононович

www.krugosvet.ru

ГРАВИТАЦИЯМагнитное поле Земли - ГРАВИТАЦИЯ

Вступление

Рис. 9

Несмотря на многолетние и многочисленные усилия ученых многих стран в физике Земли проблемой "номер 1" по-прежнему считается природа происхождения магнитного поля Земли. Поскольку явных магнитов не обнаруживалось, то взоры ученых были направлены вглубь Земли, в ее ядро. Земному ядру вменили в обязанность быть источником магнитного поля Земли. Всякую обязанность, особенно не по своей воле выполнять не легко, поэтому посмотрим, как не справляется с непосильной работой ядро планеты.

В данный период по результатам неоднократных сейсмических исследований установлено, что ядро Земли состоит из двух железных сфер. Внутренняя сфера является твердой, а внешняя находится в состоянии расплава.

Есть много гипотез, которые указывают на то, что источником магнитного поля является ядро Земли. Не буду их перечислять и заниматься их анализом, т.к. эту информацию можно найти на различных сайтах интернета, например, в трактате Турсунова [17]. Автор рассматривает различные гипотезы со своей критикой, с которой я во многом согласен, поэтому повторять известное нет смысла.

В свою очередь должен сказать, что, несмотря на понимание возникновения магнитного поля, Турсунов не нашел правильного ответа на поставленный вопрос. Его экзогенетическая теория построена на известном факте протекания естественных электрических токов в гидросфере. «Возбудителями магнитного поля Земли являются электротоки, возникающие вследствие сил трения в гидросфере и литосфере, особенно на их границе с атмосферой». Сразу скажу, токи, протекающие в поверхностном слое материков, очень слабы и имеют локальный характер. В океанических водах они также незначительны чтобы создать довольно мощное поле Земли. Скорей всего эти токи возникли, индуцировались от существующего магнитного поля Земли.

Чем же привлек мое внимание данный трактат? Нет, не оригинальностью мыслей, которые, безусловно, присутствуют. Меня сразила аббревиатура ЗЭТ! Которая расшифровывается как Земной Электрический Ток!

В данной книге, которую Вы сейчас читаете, в главе «Теплота трения», где описаны причины происхождения теплоты при трении, я применил точно такую же аббревиатуру ЗЭТ. Она у меня расшифровывается так: «Зона Электрических Токов». Любопытное совпадение, но не более.

Магнитное поле Земли

Перейдем к основному прототипу и наведем на него критику. Речь идет о самой популярной, носящей статус «теории гидромагнитного динамо», суть которой сводится к тому, что магнитное поле Земли индуцируется электрическими токами, протекающими в расплавленном ядре планеты.

В источниках говорится, что зона, в которой действует механизм магнитного динамо, находится на расстоянии 0,25—0,3 радиуса Земли. Цитата: «Перемешивание вещества во внешнем ядре, способствует образованию кольцевых электрических токов. Скорость перемещения вещества в верхней части жидкого ядра будет несколько меньше, а нижних слоев - больше относительно мантии в первом случае и твердого ядра - во втором. Подобные медленные течения вызывают формирование кольцеобразных (тороидальных) замкнутых по форме электрических полей, не выходящих за пределы ядра. Благодаря взаимодействию тороидальных электрических полей с конвективными течениями во внешнем ядре возникает суммарное магнитное поле». Данная цитата повторяется на каждом втором сайте по магнитному полю Земли, так что трудно найти первоисточник.

Итак, в чем не состоятельность данной гипотезы «гидромагнитного динамо».

Аргумент №1. Для того чтобы возникло тороидальное электрическое поле, необходимо создать электрический ток, который имел бы четко выраженную круговую направленность. Но как создать такой направленный ток в жидком, сферообразном слое ядра? Предположим, что нам удалось создать электрический ток, но как направить его в нужном направлении, т.е. параллельно экватору и в нужную сторону? Если это условие не будет выполняться, то магнитные полюса можно будет наблюдать в различных точках поверхности земного шара, в том числе и на экваторе. Из электротехники нам известно, что электрический ток замыкается в направлении наименьшего сопротивления. Тогда, спрашивается, находясь в таком, достаточно хорошем проводнике расплавленного железа, кто прикажет ему (току) двигаться строго по тороиду, он может замкнуться кратчайшим путем, в том числе и через твердое ядро, тем более оно также из железа и является хорошим проводником.

Аргумент №2. Еще раз допускаем, что электрический ток возник и направлен волей Всевышнего в нужном направлении, но магнитный поток при таком маленьком диполе в центре Земли имел бы слабое магнитное поле, тогда на полюсах оно рассеялось бы на огромном круговом конусе пространства. Поэтому, чтобы зафиксировать магнитное наклонение в 900 Расселу пришлось бы опуститься в недра Земли поближе к ядру.

Аргумент №3. Говоря о динамо и самовозбуждении, следует заметить, что железное ядро не может быть результатом постоянной намагниченности, поскольку есть так называемая точка Кюри – критическая температура (для железа около 6500 С), при которой вещество утрачивает свои магнитные свойства (температура ядра 60000 С).

Аргумент №4. Геомагнитные аномалии, известные и вновь возникающие говорят о нестабильности данного генератора. Если бы генератором было ядро, то таких аномалий не возникло бы вообще.

Аргумент №5. Ось магнитного диполя Земли не проходит через центр ядра, а магнитные полюса очень далеко отстоят от географических и расположены не симметрично.

Аргумент №6. В Солнце нет железного ядра, но у него сильное магнитное поле. Присутствие магнитного поля у Солнца означает, что оно возникает по одним и тем же законам, что и на планетах.

Все вышеперечисленные аргументы говорят только об одном: ядро в возникновении магнитного поля здесь совершенно не причем! Вот здесь я сделаю отрицание самому себе, т.к. добавлю одну мысль: ядро Земли в возникновении магнитного поля Земли, конечно же, участвует, но только в качестве проводника этого поля, своеобразного железного сердечника, о чем будет отмечено ниже.

А само магнитное динамо нужно искать гораздо ближе к коре Земли, и в гораздо больших масштабах, а именно под ней самой.

Земля и ее магнитное поле

Природная электрическая машина Земли существует, но не для вращения ее самой, а для создания магнитной оболочки вокруг нее. Движущаяся магма, относительно неподвижной коры, генерирует электрический ток, который и возбуждает магнитное поле Земли. Как это происходит? Что заставляет течь магму и в каком направлении она движется? Вот об этом и поговорим, но для начала обратимся к статье «Вращение Земли» [12].

В данной публикации мною детально показано, как и за счет каких сил сдвигается верхняя часть мантии. На ночном полушарии за счет охлаждения земная кора сжимается, а на дневном, за счет солнечной энергии и вторичного излучения Земли, кора расширяется. Возникает разность давлений и, постоянно действующий, момент силы. Под действием этой силы магма в верхней мантии постоянно сдвигается на восток относительно земной коры. При этом возникает скоростной градиент, чем ближе слой магмы расположен к коре, тем выше скорость ее течения. За счет суточного вращения Земли вокруг своей оси и соответствующего положения теплового терминатора силовой вектор смещения магмы всегда направлен на восток [12].

На границе контакта верхнего слоя магмы с неподвижной для нее корой, происходит трибозарядка. Мантия заряжается плюсовым потенциалом, равнозначно стеклу, потертому о шелк, а кора приобретает минусовой заряд. Таким образом, в контактном слое между мантией и земной корой постоянно возникает электрическая напряженность. А если возникает какая-то напряженность, не важно, механическая или электрическая, то всегда будут возникать условия для снятия такой напряженности. В случае с Землей должен возникать  и протекать электрический ток. Постоянное присутствие магнитного поля вокруг Земли является прямым свидетельством протекания электрического тока по границе твердой и жидкообразной фазами вещества (между корой и мантией). Электрический ток, по закону индукции, генерирует постоянно действующее магнитное поле Земли! (рис. 9).

На рисунке красные стрелки указывают направление движения магмы, против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Синие стрелки указывают на направление электрического тока, направлены по часовой стрелке.

Индукция электрического и магнитного полей подчиняется правилу буравчика (винта), которое гласит: «Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током».

Данное правило предписывает буравчику закручиваться в направлении электрического тока от плюса к минусу, поэтому его острие направлено против  течения магмы (течет на восток). Вращающаяся ручка показывает, что магнитные силовые линии должны выходить из северного полюса Земли и входить в южный. Как видите, никаких разногласий с реалиями, единственное, несоответствие – это  название полюсов. По принятым правилам в северном полушарии находится северный полюс, тот, куда входят магнитные линии, а в физическом понятии это южный геомагнитный полюс Земли. Соответственно, в южном полушарии находится северный геомагнитный полюс.

На каких глубинах и в каких слоях протекает земной электрический ток?

Под корой отчётливо просматривается граница, на которой скачкообразно возрастают скорости сейсмических волн, что говорит о повышении плотности вещества. На границе этого раздела находится подстилающий слой Мохоровичича (Мохо), который  по утверждению сейсмологов простирается под поверхностью всего земного шара. Назван в честь сербского сейсмолога, открывшего его в 1909 г.

Кроме подстилающего слоя Мохо, под литосферой на глубинах от 70 до 250 км существует слой повышенной текучести – так называемая астеносфера Земли. Палеогеологи говорят, что литосферные плиты плавают в астеносферном слое как айсберги в океане.

В силу различия рельефа земной коры, подстилающий слой залегает на разных глубинах, отсюда неравномерность движения магмы и распределения электрических зарядов. В некоторых районах могут возникать аномальные зоны, и магнитная стрелка может указывать совсем не в том направлении. Но если рассматривать картину в целом, то электрический ток в верхнем слое магмы распределяется более или менее однородно, по всей ее поверхности с севера до юга и во всем тороиде, отсюда и его общее индуцированное магнитное поле Земли.

Электромагнитные «клетки» Земли

 

Рис. 10

В результате движения магмы, с ее атомов срываются электроны,  которые концентрируются в контактном слое между мантией и корой, в результате земная кора приобретает отрицательный заряд, а верхний слой магмы положительный. Разделенные электрические заряды пытаются воссоединиться, и это им периодически удается сделать, поэтому возникает электрический ток, который течет навстречу движения магмы и навстречу вращения Земли.

Хочу заметить, что силикатные породы магмы плохо проводят электрический ток, потому как в них мало железа, тем не менее, они содержат небольшое количество магнетита (закись железа FeO). Как выяснили японские исследователи, что при высокой температуре и давлении такая порода может служить проводником электрического тока [18]. Физика знает такие примеры, например, стекло при комнатных температурах является хорошим изолятором, но если его нагреть оно проводит электрический ток.

В недрах Земли, несмотря на высокую температуру, электрический ток не течет как по монолитным металлическим проводам, проложенным по параллелям земного шара. В данном случае электрический ток прерывистый и течет он по многочисленным проводникам, которые возникают и прокладываются в момент накопления зарядов, а затем пробоя некоторых промежутков в мантийной субстанции по всей шарообразной поверхности (тороиду) (рис. 10).

Получается глобальный интегрированный проводник  электричества, составленный из многочисленных проводников. Данная картина аналогична пробою многочисленных конденсаторов или электрических разрядов молний. В отличие от наземных молний, подземные молнии бьют беспрестанно в несметном количестве и имеют гораздо меньшую мощность и длину своих шнуров (проводников).

Если Землю уменьшить до масштабов человека, то ее можно рассматривать как  живой организм на клеточном уровне. Каждая живая клетка окружена оболочкой, тонкой мембраной, состоящей из двух слоев белка, разделенных слоем молекул липидов (жиров). Обмен веществ через мембрану осуществляется изменением электрического потенциала. За счет разности электрических потенциалов между межклеточным пространством и клеточным возникает слабый электрический ток, который способствует перемещению питательных веществ.

Если быть последовательным в сравнении с клеткой организма человека, то необходимо определиться с размерами земной клетки. Для этого найдем соотношение между ростом человека и его клеткой. По данным американских ученых, которые вывели средний показатель «идеального» роста: для женщин он составил 173 сантиметра, а для мужчин – 188 сантиметров [19]. Исходя из средних показателей роста человека и средними размерами его клетки (0,015 мм), найдем соотношение данных размеров, которое составляет 120333, 3.

Отсюда разделив диаметр Земли (12742 км) на полученное соотношение, получим 105 м.

Может кому покажется странным такое сопоставление, но цифра в 100 метров выглядит вполне реалистично для клетки Земли. Конечно же, деление Земли на «клетки» (ячейки) условное, а их размер не статичен и определяется длиной электрических разрядов. В зависимости от условий проводящего слоя, длина электрических разрядов (молний) может варьироваться от единиц метров до нескольких сотен метров. Каждая ромбовидная «клетка» (ячейка) накапливает определенный заряд, а затем происходит его разряд (на рисунке 10 синие векторы).

Если близлежащие векторы токов последовательно соединить в одну цепь, а потом обернуть ею земной шар, то получим замкнутый виток (round) с током со своим магнитным полем (рис. 11).

 

Рис. 11

В этом случае сумма всех токов (электрических разрядов) составит общий суммарный ток данного витка.

Ir = i1 + i2 +…+ in-1 + in

Электрический ток каждого проводника индуцирует магнитное поле, связанное с данным витком.

Логически понятно, что такие замкнутые витки с током расположены по всем параллелям земного шара, что дает нам право рассматривать земной шар, помещенный в сферообразный соленоид с огромным количеством витков, с круговыми витками, замыкающимися вокруг сферы. В центре данной сферы находится железный сердечник (ядро), которое усиливает магнитную индукцию глобального соленоида.

Вот этот «соленоид» и создает глобальное магнитное поле Земли!

В момент пробоя в каждой «клетке» индуцируется свое элементарное магнитное поле. Поскольку электрические токи направлены в одном направлении, то магнитные поля суммируются (объединяются), превращаясь в одно глобальное магнитное поле Земли.

Посмотрите на снимок – вот она мощь тепловой и электрической энергии Земли!

Выводы.

  1. Ядро Земли не участвует в генерации магнитного поля Земли, но оно является проводником магнитной индукции, как железный сердечник в соленоиде.
  2. Электрические заряды возникают в контакте подвижной магмы и земной коры в процессе трибозарядки.
  3. Электрический ток прерывистый в виде разряда конденсаторов (молний), возникает в результате пробоя промежутка в элементарной «клетке» Земли и индуцирует локальное магнитное поле.
  4. Суммарный разряд создает суммарный электрический ток, который индуцирует глобальное магнитное поле Земли.

 

Назад  Вперед

gennady-ershov.ru

Магнитное поле Земли | Вестишки.ру

 

Вначале рассмотрим, что собой представляет магнитное поле Земли. Ведь прежде всего от него зависит степень воздействия космических факторов на земную атмосферу, а также на жизнь и здоровье человека.

Магнитосфера Земли окружена интенсивной радиацией, которая за короткий срок способна разложить на ионы и электроны весь воздух в атмосфере Земли и привести к другим необратимым последствиям в биосфере и литосфере Земли, после чего жизнь на Земле была бы невозможной. Защищает нас от этой радиации магнитное поле Земли. Собственно, другой защиты от высокоэнергичной корпускулярной радиации в природе не существует. Если бы эта защита была безупречной, то здесь мы могли бы более подробно и не описывать, как устроена защитная оболочка Земли. Но оказывается, что в магнитном поле Земли имеются слабые места, или дефекты, через которые часть солнечной радиации все же попадает в ее атмосферу. Эти дефекты в магнитной оболочке Земли характерны для определенных зон, расположение которых зависит от природы и конфигурации магнитного поля Земли. Зоны характеризуются особым космическим климатом, а космическая погода в этих зонах существенно отличается от таковой в других частях земного шара.

Что собой представляет магнитное поле Земли? Мы знаем, что намагниченный брусок всегда имеет два полюса — северный и южный или, другими словами, является диполем. Конфигурацию магнитного поля принято характеризовать магнитными силовыми линиями, которые имеют определенное направление (обозначаемое стрелкой), а плотность этих линий определяется величиной магнитного поля. Чтобы определить направление силовой линии магнитного поля, надо располагать компас в разных точках пространства вокруг магнита. Направление стрелки каждый раз и будет показывать направление силовой линии магнитного поля. Кто из нас не помнит школьные опыты с магнитами и металлическими опилками? Тут каждая опилка — магнитная стрелка. В этих опытах магнитное поле диполя выглядит так: силовые линии магнитного поля выходят из одного полюса магнита и входят в другой полюс. По мере удаления от бруска напряженность магнитного поля очень быстро уменьшается.

Теперь представим себе, что такой брусок мы поместили внутрь школьного глобуса южным магнитным полюсом вверх (т. е. к северному географическому полюсу), а северным вниз. Далее этот магнитный брусок наклоним относительно географической оси так, чтобы между ними образовался угол в 11°, другими словами, разведем географические и геомагнитные полюса приблизительно на 1100 км на земном шаре. После такой манипуляции получится магнитный диполь, похожий на земной. Правда, у реального земного магнитного диполя смещены не только полюса. Центр диполя чуть-чуть не совпадает с центром земного шара, но для рассматриваемой здесь проблемы это несущественно. Дипольное поле Земли показано на рис 1. Магнитное поле такого диполя довольно несложно рассчитать.

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1. Схема дипольного магнитного поля Земли. Ось Земли (СЮ) и ось магнитного диполя (ПСПЮ) не совпадают. Магнитные меридианы идут от одного магнитного полюса к другому.

(Внимание!!! На этом рисунке ошибка. См. комментарии внизу. Правильный рисунок в самом конце страницы. — Прим. админа.)

 

Но реальное магнитное поле Земли отличается от поля диполя. Это вызвано действием на него солнечной корпускулярной радиации.

В экваториальной плоскости (посередине диполя) магнитные силовые линии идут параллельно поверхности Земли, тогда как ближе к полюсам они выходят из Земли на юге и входят в Землю на севере. Это отличие в направлении силовых линий магнитного поля является принципиальным. От того, как они направлены, зависит, насколько они способны противостоять солнечной корпускулярной радиации.

Чтобы магнитное поле служило защитой от солнечной корпускулярной радиации и вообще от любых частиц, которые имеют отрицательный или положительный электрический заряд, надо, чтобы оно было направлено поперек направления радиации. В низких широтах магнитное поле Земли направлено поперек потока радиации, и оно служит хорошей защитой от нее. К сожалению, чем ближе к полюсам, тем эта защита менее надежная. Там, где силовые линии магнитного поля вертикальны (на полюсах), они не способны оказывать противодействия радиации, и она без помех может “скатываться” вдоль силовых линий в атмосферу Земли.

Все было бы точно так, как здесь описано, если бы магнитное поле Земли было в точности полем диполя. На самом деле земной магнитный диполь располагается не в пустоте и вокруг него текут электрические токи, которые изменяют его магнитное поле. Извне на магнитное поле Земли действует сила давления солнечного ветра, т. е. солнечной плазмы.

Что собой представляет солнечная корпускулярная радиация, мы рассмотрим немного дальше. Здесь скажем только, что с поверхности Солнца непрерывно радиально во все стороны распространяется плазма, состоящая из ядер легких химических элементов, потоки которой назвали солнечным ветром. Этот солнечный ветер, подходя к магнитному полю Земли, деформирует его, как обычный ветер мог бы деформировать надутый воздухом шар. В результате магнитное поле Земли со стороны Солнца не простирается до бесконечности, как это было бы в случае идеального диполя, а поджато солнечным ветром до расстояния 10 земных радиусов (земной радиус равен 6.370 км).

Таким образом, с дневной стороны наш земной дом простирается в космос приблизительно на 63.700 км. Дальше магнитное поле Земли кончается и начинается настоящий космос, свойства которого совсем другие, чем в пределах магнитной оболочки Земли — магнитосферы. Этот космос внутри магнитосферы принято называть ближним космосом или околоземным космическим пространством. Это деление отнюдь не условное, так как дальний космос имеет совсем другие магнитные поля, другие характеристики заряженных частиц и т. д.

Солнечный ветер, который поджал с дневной стороны магнитосферу Земли, изменяет силовые линии магнитного поля на ночной стороне и вытягивает их в направлении своего движения от Солнца, как резинку рогатки. Так образуется шлейф, или хвост, магнитосферы, простирающийся на ночной стороне Земли на сотни земных радиусов. Таким образом, если идеальный магнитный диполь симметричен относительно магнитной оси, соединяющей полюса, то магнитное поле Земли очень сильно деформировано — ближе к Земле (на удалении 3 — 4 радиусов Земли) диполь остался почти нетронутым и магнитные силовые линии вращаются вместе с Землей, так же как и земная атмосфера, в то время как внешние силовые линии, вытянутые в хвост магнитосферы, не могут вращаться с Землей, они всегда вытянуты в ночном направлении. При этом приполюсные силовые линии на дневной стороне солнечный ветер выворачивает так, что они уходят на ночную сторону через полюс в хвост магнитосферы.

Если бы отсутствовал солнечный ветер, то самыми уязвимыми местами на Земле были бы области около полюсов, где магнитные силовые линии вертикальны. Но солнечный ветер как бы прикрывает эти области дневными силовыми линиями, которые он направляет через полюса в хвост магнитосферы. При этом на дневной стороне остается наиболее уязвимой полоса между силовыми линиями, замыкающимися через дневную и ночную стороны Земли. Из которого ясно, что с дневной стороны имеются две области, куда солнечная корпускулярная радиация может прорваться в верхнюю атмосферу, несмотря на магнитную защиту Земли. Видно также, что полярные шапки (области вокруг полюсов) защищены дневными магнитными силовыми линиями. Насколько солнечный ветер искажает магнитное поле Земли, видно из сопоставления рис. 1 и 2.

 

 

На ночной стороне Земли самые внешние силовые линии, за которые непосредственно “цепляется” солнечный ветер и которые вытянуты в хвост магнитосферы на сотни радиусов Земли, рвутся. После разрыва половинки силовой линии (южная и северная) снова срастаются (или схлопываются) и быстро устремляются обратно в направлении к Земле, захватывая с собой заряженные частицы. На место этих силовых линий в хвост магнитосферы поступают новые, которые только что были разорваны. Этот процесс продолжается непрерывно.

На рис.2 можно видеть, что на ночной стороне на широтах 70° севера и юга также есть силовые линии, которые упираются почти вертикально в поверхность Земли и, следовательно, не препятствуют вторжению радиации в верхнюю атмосферу. Таким образом, можно сделать вывод о том, что в определенных областях магнитное поле недостаточно хорошо защищает Землю и ее атмосферу от солнечной корпускулярной радиации. Эти уязвимые области представляют собой два овала, расположенных вокруг северного и южного геомагнитных полюсов, дневные части которых удалены от магнитного полюса на 10°, а ночные - на 20°. Ширина этого овала составляет всего несколько градусов, т. е. несколько сотен километров. Эти два овала являются теми местами, где располагается кухня космической погоды, где чаще всего видны северные и южные сияния, где на высоте 100 км текут электрические токи величиной в сотни тысяч ампер, где условия для здоровья человека в смысле влияния на него космической погоды неблагоприятные.

Мы установили, где расположены зоны плохой космической погоды на Земле и с чем связано их такое расположение. Далее необходимо проанализировать, что собой представляет солнечная корпускулярная радиация. Поэтому перейдем к рассмотрению выброса солнечной плазмы во время солнечных бурь.

 

vestishki.ru