Планета земля магнитное поле – Магнитное поле Земли: переменное и постоянное

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 планеты Земля


 

 

Удивительная способность магнита притягивать железо была известна еще в глубокой древности. Свойство магнита указывать юг и север было открыто позже. Еще в III в. изготовляли особые «югоуказатели» в виде маленького человечка с вытянутой рукой. Эта фигурка — древнейший компас—укреплялась на вращающемся магните.

Значительно позднее (в VIII — IX вв.) арабы стали применять компас для мореплавания. В то время арабские торговые корабли часто плавали из Азии в Европу. Европейские мореплаватели пользовались компасом примерно с ХШ в., но не знали, так же как китайцы и арабы, почему один конец магнитной стрелки показывает на север, а другой — на юг.

Вплоть до начала XIX в. на вопрос о причине земного магнетизма часто отвечали так: Земля сама большой магнит. Внутри Земли как бы «спрятан» очень сильный магнит. Он и управляет поведением стрелки компаса, заставляя ее устанавливаться вдоль магнитных силовых линий, опоясывающих земной шар и создающих магнитное поле Земли. Направление этих силовых линий и указывает стрелка компаса.

Мореплаватели, правда, давно уже заметили, что северный конец стрелки не совсем точно указывает на север, а южный — на юг. Еще Колумб, когда плыл в Америку, обнаружил, что географический меридиан не совпадает с магнитным, вдоль которого устанавливается стрелка компаса. Угол между этими двумя направлениями называется магнитным склонением. Каждое место на Земле имеет свой угол склонения, и штурман корабля или самолета должен иметь точную карту магнитных склонений. Такая карта составляется по показаниям компаса. Известно, например, что в районе Москвы угол склонения равен 7° к востоку, а в Якутске — около 17° к западу. Это значит, что северный конец стрелки компаса в Москве отклоняется на 7° вправо от географического меридиана, проходящего через Москву, а в Якутске — на 17° влево от соответствующего меридиана. Магнитная ось Земли наклонена к географической примерно под углом в 11°,5, поэтому географические полюсы также не совпадают с магнитными.

Магнитную стрелку можно заставить колебаться и не на острие, как это делается в компасе. Ее можно закрепить на горизонтальной оси, тогда она будет качаться в вертикальной плоскости. Такую стрелку называют стрелкой наклонения. Действительно, она показывает, под каким углом к горизонту действует на нее в данном месте магнитная сила Земли, т. е. каково магнитное наклонение. На Северном и Южном магнитных полюсах острие стрелки направлено прямо вниз: магнитное наклонение здесь наибольшее— оно равно 90°. Углы магнитного наклонения хорошо изучены на всей Земле. Если обнаруживаются резкие изменения углов наклонения, то это указывает, что в данном месте под поверхностью Земли скрыты намагниченные горные породы или железные руды.

Земля представляет собой большой магнит, от полюсов которого расходятся силовые линии магнитного поля. Стрелки компаса на поверхности Земли ориентируются по направлению к магнитным полюсам.

Магнитная разведка залежей железа или других магнитных руд в сущности сводится к поискам мест резких магнитных аномалий, т. е. таких мест, где магнитная сила земного поля по величине или направлению резко отклоняется от нормы. Сейчас магнитную разведку ведут даже с самолетов. Под Курском, в Сибири, на Урале, на Кольском полуострове обнаружены сильные магнитные аномалии, там же найдены залежи железных руд.

Стрелка компаса в течение суток ведет себя неспокойно. Она сдвигается немного в сторону, колеблясь в общем около положения равновесия. Это значит, что магнитное поле Земли за сутки немного меняется. Суточные колебания магнитной стрелки всегда больше летом, чем зимой.

Причина этих изменений магнитного поля Земли — электрические токи, текущие в атмосфере на большой высоте. Вызваны они солнечным излучением.

Иногда электрические токи в атмосфере становятся особенно сильными. Происходит это, когда с поверхности Солнца с огромными скоростями выбрасываются потоки мельчайших частиц. Они проникают в земную атмосферу и порождают в ней электрический ток. Стрелка компаса начинает вздрагивать и все больше и больше отходит от положения равновесия. Такое явление называют магнитной бурей. Она может продолжаться несколько часов и даже суток. Когда магнитная буря утихает, стрелка компаса возвращается к положению равновесия. Во время сильных магнитных бурь нарушается нормальная работа телеграфа, телефона и радио.

Магнитные бури часто наблюдаются на широте 66—67° (в зоне полярных сияний) и часто возникают одновременно с полярными сияниями. Постровидимому, оба эти явления вызваны одними и теми же причинами.

За изменениями земного магнитного поля нужно постоянно наблюдать. Для этого организована специальная Служба земного магнетизма. Вот уже более ста лет по данным многочисленных экспедиций и по измерениям на магнитных станциях составляются подробные карты магнитного склонения и наклонения и таблицы суточного и годового хода изменений магнитного поля Земли.

Многолетние наблюдения показали, что положение магнитной стрелки по отношению к географическому меридиану также со временем меняется: конец стрелки медленно перемещается к западу или востоку. Это так называемые вековые изменения магнитного поля Земли. Их всегда приходится учитывать при составлении магнитных карт. Для вождения кораблей и самолетов, разведки полезных ископаемых и для очень многих научных целей нужны точные карты магнитного склонения и наклонения.

Магнитные бури и суточные изменения магнитного поля объясняются, как мы знаем, солнечным излучением и выбрасыванием мощных фонтанов частиц с поверхности Солнца. Но до сих пор остается невыясненной основная причина, создающая постоянный магнетизм Земли. Наша планета действительно ведет себя как большой магнит. В средние века поведение магнитной стрелки объяснялось силами, идущими с неба, при этом Полярной звезде приписывалось главное влияние на магнитную стрелку.

Серьезные исследования магнетизма начались позднее. В 1600 г. в Англии были опубликованы шесть книг Вильяма Джильберта «О магните, магнитных телах и о большом магните— Земле». Джильберт намагнитил металлический шар (он назвал его терреллой) и исследовал показания стрелки компаса возле него. И все же ответа на основной вопрос, почему Земля намагничена, Джильберт дать не мог.

В начале XIX в. французский физик Ампер высказал интересную догадку. Он знал, что электрический ток может влиять на магнитную стрелку. Ампер первый понял, что, если внутри Земли будет течь электрический ток с востока на запад, тогда вокруг Земли появится магнитное поле и земной шар будет похож на джильбертовскую терреллу. Но течет ли на самом деле ток в Земле и какая причина делает его постоянным?

Чтобы ответить на эти вопросы, геофизики зарывали глубоко в землю металлические пластины и при помощи телеграфных проводов соединяли их над землей, включив в эту цепь гальванометр. Прибор действительно обнаруживал ток, но чрезвычайно слабый и к тому же непостоянный. Тогда для объяснения источника земного магнетизма попытались привлечь

Глубоко под землей закопаны две металлические пластины, соединенные проводами с телеграфной линией. К одному из проводов, ведущих к пластине, подключен миллиамперметр.

Условное изображение атомов в виде колец. Стрелками показано направление осей электронных орбит. В ненамагниченном состоянии атомы и оси орбит электронов расположены беспорядочно.

на помощь атмосферные электрические токи. Они текут из воздуха в Землю. Однако известно, что на 1 кмЗемли приходит атмосферный ток силой всего в 0,000001 ампера. Даже если учесть, что в каждую секунду над всей Землей происходит 100 разрядов молний, все равно постоянное магнитное поле Земли такими причинами невозможно объяснить.

Теоретически удалось доказать, что на 99% магнитное поле Земли вызывают причины, скрытые внутри планеты. Внешние электрические токи могут помочь объяснить лишь различные малые изменения земного магнитного поля.

В самом начале XX в. делалась попытка объяснить магнетизм Земли ее суточным вращением. Известно, что Земля заряжена отрицательным электричеством. Ее вращение создает ток, а электрический ток всегда окружен магнитным полем. Но теоретически вычисленная напряженность такого поля оказалась в десятки миллионов раз слабее истинного магнитного поля Земли.

И все же физики попытались спасти гипотезу о самонамагничивании Земли из-за ее вращения. Для этого они привлекли на помощь новые сведения о строении атома. Как известно, электроны в атомах вращаются по замкнутым орбитам. Оси этих орбит по-разному наклонены в различных атомах. На рисунке показано, как они расположены внутри ненамагниченного металлического стерженька. Но если стержень привести в быстрое вращение, то оси электронных орбит будут стремиться стать параллельно друг другу — совершенно так же, как, подчиняясь законам механики, это делают обычные волчки, запущенные внутри вращающейся коробки. В таком случае быстро вращающийся стержень должен намагнититься, так как электронные токи в атомах окажутся из-за поворота осей одинаково направленными. Их магнитные поля будут складываться, усиливая друг друга, и на концах стержня появятся магнитные полюсы. В 1919 г. удалось намагнитить стержень, быстро его вращая. Не происходит ли то же самое в металлах, находящихся в земной коре? Ведь суточное вращение Земли может «навести порядок» в расположении орбит атомов магнитных веществ земной коры. Электронные орбиты должны, постровидимому, повернуться так, чтобы стать параллельными плоскости экватора. Легко было проверить, что при этом Южный магнитный полюс появится на географическом севере, как это имеет место на Земле.

Внутри коробки запущены детские волчки. Слева — коробка неподвижна. Справа — коробка вращается. Оси волчков в ней стали параллельно оси вращения коробки.

Зная скорость вращения нашей планеты и примерное распределение магнитных материалов в Земле, удалось подсчитать интенсивность намагничивания. Она оказалась в миллиарды раз меньше действительной. Так еще одна гипотеза потерпела неудачу.

В 1939 г. американский физик Эльзассер предложил новую теорию происхождения земного магнетизма: Земля намагничена термоэлектрическими токами, текущими в жидком земном ядре. Температура в нем достигает нескольких тысяч градусов, а давление доходит до миллионов атмосфер.

Когда быстро вращают металлический стержень, то внутри него атомы располагаются так, что оси электронных орбит становятся параллельными друг другу и оси вращения стержня. Вокруг стержня идут силовые линии магнитного поля.

Известно, что термоэлектрический ток возникает, когда один спай двух металлов нагрет больше, чем другой. По мнению Эльзассера, в земном ядре имеются подходящие условия для возникновения термотока. В ядре перемешаны различные металлы, так что всегда имеется кон-

такт двух металлов — хотя и в жидком состоянии. Кроме того, температура на различных глубинах в ядре, несомненно, разная. А это как раз и нужно для поддержания термотока в земном ядре: соприкосновение разнородных металлов и перепад температуры.

Струи расплавленного металла текут из центра ядра по радиусам к поверхности. Вращение Земли искривляет путь струи, превращая ее в кольцо, охватывающее земную ось. Механики называют силу, искривляющую путь такой струи из-за вращения Земли, кориолисовой силой.

Эльзассер пытался доказать, что вдоль вихря расплавленного металла должен течь с востока на запад термоэлектрический ток, подмагничивающий Землю.

На самом деле сложное движение вещества ядра Земли и циркулирующих в нем термотоков пока не поддается точному расчету. Да и не все предположения Эльзассера достаточно обоснованы. И хотя он на протяжении многих лет пробовал улучшить методы расчета, задача все-таки оказалась до конца не решенной. Тем не менее она подготовила появление современной, более совершенной теории земного магнетизма, предложенной в 1947 г. советским физиком Я. Френкелем. Ученый нашел сходство между процессами, происходящими в земном ядре, и работой динамо-машины с самовозбуждением. Когда такая динамо-машина начинает работать, ее магнит (он называется статором) совсем слабо намагничен. Но по мере того как якорь машины, на котором намотаны витки проволоки, быстро вращается в слабом поле статора, в нем возникает индукционный ток. Он мал и непригоден еще для использования. Его заставляют течь по обмотке машины так, чтобы он намагничивал, т. е. усиливал, поле статора. Витки якоря продолжают вращаться, но теперь уже в более сильном магнитном поле, и в них наводится более сильный индукционный ток. С каждым новым оборотом машины происходит «подхлестывание», или самоусиление, поля.

Как снежный ком, который катится с горы и разрастается до размеров огромной лавины, так и динамо-машина с самовозбуждением доводит поле своего магнита до предельного постоянного состояния. С этого момента машина начинает нормально работать.

Если якорь машины вращает газовая или водяная турбина, то все устройство в целом называют турбогенератором.

Френкель считает, что земное ядро является своеобразным природным турбогенератором. Роль турбины в нем играют тепловые потоки: они поднимают из недр ядра во все стороны большие массы расплавленного металла, обладающего свойством жидкости.

Внутри Земли работает естественный генератор

Кориолисова сила «закручивает» их вокруг земной оси, образуя, таким образом, гигантские витки внутри «земной динамо-машины». В этих замкнутых потоках горячего металла, как и в витках проволоки на якоре обычной динамо-машины, должен был когда-то давно возникнуть индукционный ток. Он постепенно подмагничивал земное ядро. Первоначальное очень слабое магнитное поле усиливалось до тех пор, пока с течением времени не дошло до своего предельного значения. Этот предел был достигнут в далеком прошлом. И хотя земной турбогенератор продолжает свою работу, кинетическая энергия бурных потоков жидкого металла тратится теперь не на подмагничивание земного ядра, а целиком превращается в теплоту.

Что касается слабого начального магнитного поля, без которого земной турбогенератор не смог бы начать работать, то его происхождение обосновать нетрудно. Для этого достаточно вспомнить попытку объяснить магнетизм Земли ее суточным вращением. Она была признана неудачной только потому, что давала земному шару ничтожно малое намагничивание. Но в природном «турбогенераторе» начальное поле может быть как угодно малым, ведь со временем оно увеличится до необходимых размеров.

Еще не все трудности новой теории преодолены. Не удается, например, подсчитать величину индукционного тока в земном ядре, Не выяснено пока, до какого предела должно усиливаться магнитное поле в ядре. Мало известны еще законы движения хорошо проводящего электрический ток металла в магнитном поле земного ядра.

Тем не менее идея внутриземного «турбогенератора» привлекла много последователей. Настойчиво эту теорию в последние годы разрабатывает и Эльзассер. Теория Френкеля особенно заманчива потому, что она пригодна для объяснения магнитных полей любых космических тел: Солнца, звезд, планет, туманностей и т. д. Быть может, внутри всех этих небесных тел также работают «космические турбогенераторы» с самовозбуждением.

Интерес к магнитным полям небесных тел чрезвычайно большой. Именно они управляют движением заряженных частиц, пересекающих огромные просторы Вселенной.

За пределами земной атмосферы, в магнитных полях далеких туманностей, приобретают колоссальные скорости ядра легких атомов — водорода, гелия, лития и др. Происхождение космических лучей связано именно с этими частицами.

Вот почему в контейнере ракеты, посланной на Луну в 1959 г., и на борту третьего спутника, запущенного в 1958 г., были установлены сверхчувствительные магнитометры. Они могли измерять магнитные поля на громадных расстояниях от Земли. Магнитометры работали в полете и передавали сведения при помощи телеметрической аппаратуры. Так, например, было обнаружено, что Луна не намагничена. Ученым еще не удалось полностью разгадать истинную причину магнетизма Земли и других небесных тел. Но можно с уверенностью сказать, что сейчас наука близко подошла к решению этой трудной задачи.



biofile.ru

Магнитное поле Земли

Магнитный компас — прибор, основанный на взаимодействии магнитов компаса и магнитного поля Земли. В его корпусе есть лимб — магнитная шкала, разделенная на 120 делений, а в центре установлена магнитная стрелка, один конец которой указывает на северный магнитный полюс, а другой — на южный магнитный полюс.

Магнитное поле Земли — это силовое поле, образующееся от внутреннего ядра Земли.

Магнитное поле Земли — своеобразный щит, оберегающий нашу планету. Не будь у Земли такой защиты от солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а все живые существа погибли бы. Магнитное поле простирается на 80—90 000 км от ее поверхности. До высоты 44 000 км магнитное поле постоянное, его величина уменьшается с удалением от земной поверхности постепенно. На высоте от 44 000 до 90 000 км магнитное поле переменное. Область околоземного пространства, в пределах которой обнаруживается земное магнитное поле, называется магнитосферой.

Многие перелетные птицы, спасаясь от наступающих холодов, перевираются зимовать в далекие южные страны, которые находятся порой за десятки тысяч километров от их привычных жилищ. А весной Благодаря отличному чувству магнитного поля Земли они спокойно находят свои родные гнезда и вновь обживаются в них.

Ось земного магнита наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,5°. Она располагается примерно на 400 км в стороне от центра Земли. Точки, в которых эта ось пересекает поверхность планеты, называются магнитными полюсами, причем они не совпадают с географическими полюсами нашей планеты. Более того, магнитные полюса очень медленно изменяют свое местоположение.

Магнитное поле Земли постоянно испытывает колебания, проходя полный цикл изменений за период 8000 лет. В наше время оно находится в стадии ослабления, и это будет продолжаться еще примерно 2000 лет. После этого магнитное поле вновь начнет усиливаться в течение 4000 лет, потом снова наступит спад. Предыдущий максимум пришелся на начало нашей эры.

Еще одна интересная особенность земного магнитного поля — периодический взаимообмен магнитных полюсов Земли местами. Северный полюс перемещается на место Южного, Южный — на место северного. Это явление назвали инверсией поля. Такие перемещения длятся от 5000 до 10 000 лет. В истории нашей планеты подобные «перескоки» полюсов происходили сотни раз. Последнее такое перемещение произошло 700 000 лет назад.

Самое сильное магнитное поле у Юпитера, оно превосходит магнитное поле Земли в 12 000 раз. Сатурн, как и Юпитер, имеет мощную магнитосферу. Это единственная планета, у которой ось вращения практически совпадает с осью магнитного поля. Мощными полями обладают также Уран и Нептун. Магнитное поле Меркурия в 100 раз меньше земного, а у Венеры оно незначительное. Магнитное поле Марса концентрируется в Южном полушарии планеты.

Магнитосфера Земли несимметрична: со стороны Солнца магнитное поле сильно сжато, а с противоположной, наоборот, оно очень вытянутое и образует протяженный, до 1 млн км, магнитосферный хвост. Это следствие обтекания магнитосферы солнечным ветром. В зависимости от давления солнечного ветра граница магнитосферы со стороны Солнца — магнитопауза — то приближается к Земле (при усилении солнечного ветра), то удаляется (при его ослаблении).

Форма магнитного поля Земли

Что такое магнитные бури?

На Земле нередко наблюдаются магнитные бури. Это кратковременные изменения магнитного поля планеты. А происходят они следующим образом: в период усиления солнечной активности с поверхности Солнца в мировое пространство выбрасываются потоки заряженных частиц, электронов и протонов. Магнитное поле, образуемое этими движущимися частицами, изменяет магнитное поле Земли и вызывает магнитную бурю.

Что такое солнечный ветер?

Солнечным ветром называют поток заряженных частиц, которые движутся от Солнца к Земле с ускорением. К счастью, от солнечного ветра нас защищает магнитное поле Земли. Солнечный ветер как бы обтекает земную магнитосферу и несется дальше.

Солнечный ветер

Поделиться ссылкой

sitekid.ru

Магнитное поле Земли: строение и свойства

Магнитное поле Земли имеет и другое название — Геомагнитное поле (гео — Земля). Представляет оно собой энергетическую силовую защиту планеты, что генерируется благодаря земному ядру, и защищает нас от солнечного излучения. Получается, именно ядро планеты спасает всё живое от уничтожения.

Благодаря развитию науки и проведённым исследованиям удалось понять, каким именно образом энергетический щит защищает Землю. Хорошо заметно, что в том месте, где потоки солнечного ветра напрямую воздействуют на магнитосферу, она прижимается к Земле, а с противоположной стороны планеты геомагнитное поле вытягивается в такой длинный и широкий «хвост». Автор фото — NASA Goddard Space Flight Center, ссылка на оригинал (фото было изменено).

Строение магнитного поля

Нашу планету пронизывает большое количество силовых линий геомагнитного поля. Эти линии называются магнитными меридианами. И представляют они собой кривые линии, огибающие планету и сходящиеся в магнитных полюсах Земли (направлены от южного к северному). Не следует путать их с обычными земными полюсами, поскольку находятся они в совершенно разных местах. Получается, наша планета обладает четырьмя полюсами: 2 магнитных и 2 географических.
Ещё интереснее тот факт, что магнитные полюса движутся! Причём со всё возрастающей скоростью. Порядка сотни лет назад северный магнитный полюс находился в Канаде, и смещался на километр в год. Сейчас же он увеличил скорость перемещения до 40 км/год, и покинул пределы Канады. Причины такого смещения магнитных полюсов пока что остаются загадкой.
Северный и южный магнитные полюса, как бы они не перемещались, всегда размещаются на противоположных концах земного шара. И та прямая, что проходит через полюса, называется магнитной осью Земли.

Роль магнитного поля

Некоторые природные явления связаны с активностью Солнца. Оно и не удивительно, ведь наша планета вращается вокруг светила и зависит от него. Ярким примером тому является возникновение магнитных бурь, что происходит из-за потоков солнечного ветра, направленного на планету. А если быть точнее, из-за вспышек на Солнце, в результате которых возрастает солнечная активность. Но даже в такие моменты, когда энергетический щит планеты подвергается воздействию огромных потоков солнечных частиц, он справляется со своей задачей. Сложно переоценить важность геомагнитного поля.

Магнитное поле: интересный факт

Напряжение геомагнитного поля всегда уменьшалось. Пусть незначительно, но год от года напряжение поля ослабевало. В последние столетия скорость его ослабевания увеличилась в десяток раз. Так, за прошедшую сотню лет геомагнитное поле потеряло 5% своей напряжённости. И на этом, к сожалению, процесс не остановился, и даже не замедлился, а как раз наоборот. На данный момент уменьшение напряжённости поля составляет порядка 7,7% в столетие (оцените тенденцию!). И сомнений в том, что причиной тому стала деятельность человека, сомнений практически ни у кого не вызывает. Вот только дать ответ на вопрос, что же конкретно повлияло на защитное поле планеты, никто не может. И это страшнее всего.

naturae.ru

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.