Jedinstveno magnetno polje Zemlje. Zašto se jačina Zemljinog magnetnog polja brzo smanjuje? (10 fotografija)
Poruka na temu: "Magnetno polje" pomoći će vam da se pripremite za nastavu i proširite svoje znanje o ovom jedinstvenom fenomenu.
Poruka "Magnetno polje"
Malo o istoriji proučavanja polja sile. William Gilbert, engleski naučnik, objavio je knjigu 1600. godine pod naslovom "O magnetu, magnetnim tijelima i velikom magnetu, Zemlji". U njemu je Zemlju prikazao kao trajni džinovski magnet s vlastitom osom, koja se razlikuje od ose rotacije planete. Danas se ovaj ugao odstupanja naziva magnetna deklinacija.
Osim toga, Hilbert je eksperimentalno potvrdio svoju pretpostavku. Isklesali su veliku loptu od prirodnog magneta. Približavajući magnetnu iglu lopti, dokazao je da je ona uvijek postavljena na isti način kao i strelica na kompasu. Odnosno, naučnik je zaključio da je magnetsko polje naše planete slično sličnom polju stalnog magneta.
A 1702. godine, drugi naučnik E. Halej stvorio je prve magnetne mape Zemlje na svetu.
Koji je razlog zašto Zemlja ima magnetno polje? Sve se radi o njegovoj jezgri, koja je usijano gvožđe - odličan je provodnik za električne struje koje nastaju unutar planete. Sam po sebi, formira magnetosferu koja se proteže na 80.000. Magnetosfera štiti površinu Zemlje od kosmičke zrake, naelektrisane čestice, visoke energije, formiraju ekran. Osim toga, utiče na prirodu vremena.
Ima li promjena u magnetskom polju Zemlje?
Još 1635. godine naučnik Gelibrand je ustanovio da je magnetno polje planete promenljivo. Nešto kasnije ustanovljeno je da su te promjene kratkoročne i trajne.
Razlog stalne promjene su nalazišta minerala. Na primjer, postoje teritorije na planeti gdje naslage željeznih ruda snažno iskrivljuju Zemljino magnetsko polje (Kursk magnetska anomalija). Razlog za kratkotrajne promjene je djelovanje "sunčevog vjetra", odnosno protoka nabijenih čestica koje Sunce izbacuje. Ovako nastaju magnetne oluje.
Utjecaj polja magnetske sile na žive organizme
Magnetno polje naše planete pomaže mnogim životinjama da se kreću u svemiru. Na primjer, morske bakterije radije se naseljavaju samo pod uglom u odnosu na linije polja. To je zbog činjenice da u njihovom tijelu postoje male feromagnetne čestice. Ali insekti se nalaze isključivo u smjeru ili duž ili poprijeko magnetskih linija.
Ptice selice takođe su vođeni magnetnim poljem Zemlje. Naučnici su nedavno otkrili neverovatna činjenica: u predjelu očiju imaju malo tkivno polje, neku vrstu kompasa, u kojem se nalaze kristali magnetita. Imaju sposobnost da se magnetiziraju u magnetnom polju, čime se orijentišu u prostoru. Takođe se pokazalo da utiče na rast biljaka.
Nadamo se da vam je izvještaj "Magnetno polje Zemlje" pomogao da se pripremite za nastavu. A svoju poruku o magnetnom polju možete ostaviti preko obrasca za komentare ispod.
Sadržaj članka
MAGNETNO POLJE ZEMLJE. Većina planeta Solarni sistem imaju magnetna polja različitog stepena. U opadajućem redosledu dipolnog magnetnog momenta na prvom mestu su Jupiter i Saturn, zatim Zemlja, Merkur i Mars, a u odnosu na Zemljin magnetni moment vrednost njihovih momenata je 20.000, 500, 1, 3/ 5000 3/10000. Dipolni magnetni moment Zemlje 1970. godine bio je 7,98·10 25 G/cm 3 (ili 8,3·10 22 A.m 2), smanjujući se tokom decenije za 0,04·10 25 G/cm 3 . Prosječna jačina polja na površini je oko 0,5 Oe (5 10 -5 T). Oblik glavnog magnetnog polja Zemlje na udaljenostima manjim od tri radijusa je blizak polju ekvivalentnog magnetnog dipola. Njegov centar je pomeren u odnosu na centar Zemlje u pravcu 18° S. geografske širine. i 147,8° E. e. Osa ovog dipola je nagnuta prema osi rotacije Zemlje za 11,5°. Pod istim uglom, geomagnetski polovi su odvojeni od odgovarajućih geografskih polova. Istovremeno, južni geomagnetski pol nalazi se na sjevernoj hemisferi. Trenutno se nalazi blizu geografskog sjevernog pola Zemlje u sjevernom Grenlandu. Njegove koordinate su j = 78,6 + 0,04° T NL, l = 70,1 + 0,07° T W, gdje je T broj decenija od 1970. Na sjevernom magnetskom polu, j = 75° S, l = 120,4°E (na Antarktiku). Prave linije magnetnog polja Zemljinog magnetskog polja su u prosjeku blizu linijama sile ovog dipola, razlikuju se od njih po lokalnim nepravilnostima povezanim s prisustvom magnetiziranih stijena u kori. Kao rezultat sekularnih varijacija, geomagnetski pol precesira u odnosu na geografski pol sa periodom od oko 1200 godina. Na velikim udaljenostima, Zemljino magnetsko polje je asimetrično. Pod dejstvom toka plazme (sunčevog vetra) koji emituje sa Sunca, Zemljino magnetno polje se iskrivljuje i dobija „rep“ u pravcu od Sunca, koji se proteže stotinama hiljada kilometara, nadilazeći orbitu planete. Mjesec.
Poseban dio geofizike koji proučava porijeklo i prirodu Zemljinog magnetnog polja naziva se geomagnetizam. Geomagnetizam razmatra probleme nastanka i evolucije glavne, konstantne komponente geomagnetno polje, priroda varijabilne komponente (oko 1% glavnog polja), kao i struktura magnetosfere - gornji slojevi magnetizirane plazme zemljine atmosfere u interakciji sa solarnim vjetrom i štiteći Zemlju od kosmičkog prodornog zračenja. Važan zadatak je proučavanje obrazaca varijacija geomagnetskog polja, budući da su uzrokovane vanjskim utjecajima povezanim prvenstveno sa sunčevom aktivnošću. .
Poreklo magnetnog polja.
Opažene osobine Zemljinog magnetnog polja su u skladu sa konceptom njegovog nastanka zbog hidromagnetnog dinamo mehanizma. U ovom procesu, početno magnetsko polje se pojačava kao rezultat kretanja (obično konvektivnih ili turbulentnih) električno vodljive materije u tekućem jezgru planete ili u plazmi zvijezde. Na temperaturi tvari od nekoliko tisuća K, njena vodljivost je dovoljno visoka da konvektivna kretanja koja se javljaju čak i u slabo magnetiziranom mediju mogu pobuditi promjenjive električne struje koje, u skladu sa zakonima elektromagnetne indukcije, mogu stvoriti nova magnetska polja. Prigušenje ovih polja ili stvara toplotnu energiju (prema Jouleovom zakonu) ili dovodi do pojave novih magnetnih polja. Ovisno o prirodi pokreta, ova polja mogu ili oslabiti ili ojačati izvorna polja. Za jačanje polja dovoljna je određena asimetrija pokreta. dakle, neophodno stanje hidromagnetski dinamo je samo prisustvo kretanja u provodnom mediju, a dovoljno je prisustvo određene asimetrije (heličnosti) unutrašnji tokovi okruženje. Kada su ovi uslovi ispunjeni, proces pojačanja se nastavlja sve dok džulovi toplotni gubici, koji rastu sa povećanjem jačine struje, ne uravnoteže priliv energije usled hidrodinamičkih kretanja.
Dinamo efekat - samopobuda i održavanje magnetnih polja u stacionarnom stanju zbog kretanja provodljive tekućine ili plinske plazme. Njegov mehanizam je sličan stvaranju električne struje i magnetnog polja u samopobuđenom dinamu. Dinamo efekat je povezan s nastankom vlastitih magnetnih polja Sunca Zemlje i planeta, kao i njihovih lokalnih polja, na primjer, polja mrlja i aktivnih područja.
Komponente geomagnetskog polja.
Zemljino magnetno polje (geomagnetno polje) može se podijeliti na sljedeća tri glavna dijela.
1. Glavno magnetsko polje Zemlje, koje doživljava spore promjene vremena (sekularne varijacije) sa periodima od 10 do 10.000 godina, koncentrisano je u intervalima od 10–20, 60–100, 600–1200 i 8000 godina. Ovo posljednje je povezano s promjenom dipolnog magnetskog momenta za faktor 1,5–2.
2. Svjetske anomalije - odstupanja od ekvivalentnog dipola do 20% intenziteta pojedinih područja sa karakterističnim veličinama do 10.000 km. Ova anomalna polja doživljavaju sekularne varijacije koje dovode do promjena tokom vremena tokom mnogo godina i stoljeća. Primjeri anomalija: Brazilska, Kanadska, Sibirska, Kurska. U toku sekularnih varijacija, svjetske anomalije se pomiču, raspadaju i ponovo pojavljuju. Na niskim geografskim širinama postoji western drift u geografskoj dužini brzinom od 0,2° godišnje.
3. Magnetna polja lokalnih područja vanjskih školjki u dužini od nekoliko do stotina kilometara. Nastaju zbog magnetizacije stijena u gornjem sloju Zemlje, koje čine zemljine kore i blizu površine. Jedna od najmoćnijih je Kurska magnetna anomalija.
4. Naizmjenično magnetsko polje Zemlje (takođe zvano eksterno) određeno je izvorima u obliku strujnih sistema koji se nalaze izvan zemljine površine i u njegovoj atmosferi. Glavni izvori takvih polja i njihovih promjena su korpuskularni tokovi magnetizirane plazme koji dolaze sa Sunca zajedno sa solarnim vjetrom i formiraju strukturu i oblik Zemljine magnetosfere.
Struktura magnetnog polja Zemljine atmosfere.
Na magnetsko polje Zemlje utiče tok magnetizovane solarne plazme. Kao rezultat interakcije sa Zemljinim poljem, formira se vanjska granica magnetskog polja blizu Zemlje, nazvana magnetopauza. Ograničava Zemljinu magnetosferu. Usljed utjecaja solarnih korpuskularnih tokova, veličina i oblik magnetosfere se stalno mijenjaju, a nastaje naizmjenično magnetsko polje, određeno vanjskim izvorima. Njegova varijabilnost duguje svoje porijeklo trenutnim sistemima koji se razvijaju na različitim visinama od nižih slojeva jonosfere do magnetopauze. Promjene u magnetskom polju Zemlje tokom vremena uzrokovane raznih razloga, nazivaju se geomagnetske varijacije, koje se razlikuju i po trajanju i po lokalizaciji na Zemlji i u njenoj atmosferi.
Magnetosfera je područje blizu Zemlje koje kontroliše Zemljino magnetno polje. Magnetosfera nastaje kao rezultat interakcije Sunčevog vjetra sa plazmom gornje atmosfere i Zemljinim magnetnim poljem. Oblik magnetosfere je šupljina i dugačak rep, koji ponavljaju oblik linija magnetnog polja. Podsolarna tačka je u prosjeku na udaljenosti od 10 Zemljinih radijusa, a rep magneta se proteže izvan orbite Mjeseca. Topologija magnetosfere je određena oblastima prodora solarne plazme u magnetosferu i prirodom strujnih sistema.
Formira se rep magnetosfere linije sile Zemljinog magnetnog polja, koje izlaze iz polarnih oblasti i izdužuju se pod dejstvom sunčevog vetra za stotine Zemljinih radijusa od Sunca do noćne strane Zemlje. Kao rezultat toga, plazma solarnog vjetra i solarnih korpuskularnih tokova, takoreći, teku oko Zemljine magnetosfere, dajući joj neobičan oblik repa. U repu magnetosfere, na velikim udaljenostima od Zemlje, intenzitet Zemljinog magnetnog polja, a samim tim i njihova zaštitna svojstva, su oslabljeni, a neke čestice solarne plazme su u stanju da prodru i uđu u Zemljinu magnetosferu i magnetne zamke radijacionih pojaseva. Penetriranje u dio glave magnetosfere u područje ovala aurore pod uticajem promenljivog pritiska sunčevog vetra i međuplanetarnog polja, rep služi kao mesto za formiranje tokova taložnih čestica koje izazivaju aurore i auroralne struje. Magnetosfera je odvojena od međuplanetarnog prostora magnetopauzom. Duž magnetopauze, čestice korpuskularnih tokova teku oko magnetosfere. Uticaj solarnog vjetra na Zemljino magnetsko polje je ponekad vrlo jak. magnetopauza – vanjska granica Zemljine (ili planete) magnetosfere, na kojoj je dinamički pritisak sunčevog vjetra uravnotežen pritiskom vlastitog magnetnog polja. Sa tipičnim parametrima solarnog vjetra, subsolarna tačka je 9-11 Zemljinih radijusa udaljena od centra Zemlje. Tokom perioda magnetnih poremećaja na Zemlji, magnetopauza može ići izvan geostacionarne orbite (6,6 Zemljinih radijusa). Kada je solarni vjetar slab, podsolarna tačka je na udaljenosti od 15-20 Zemljinih radijusa.
Sunčan vetar -
odliv plazme solarne korone u međuplanetarni prostor. Na nivou Zemljine orbite prosječna brzinačestice solarnog vjetra (protoni i elektroni) su oko 400 km/s, broj čestica je nekoliko desetina po 1 cm 3 .
Magnetna oluja.
Lokalne karakteristike magnetnog polja se mijenjaju i fluktuiraju ponekad po mnogo sati, a zatim se vraćaju na prethodni nivo. Ovaj fenomen se zove magnetna oluja. Magnetne oluje često počinju iznenada i širom svijeta u isto vrijeme.
geomagnetske varijacije.
Promjene Zemljinog magnetnog polja tokom vremena pod utjecajem različitih faktora nazivaju se geomagnetne varijacije. Razlika između uočene vrijednosti jačine magnetnog polja i njegove prosječne vrijednosti tokom bilo kojeg dugog vremenskog perioda, na primjer, mjesec ili godinu, naziva se geomagnetska varijacija. Prema zapažanjima, geomagnetske varijacije se kontinuirano mijenjaju u vremenu, a takve promjene su često periodične.
dnevne varijacije. Dnevne varijacije u geomagnetnom polju se javljaju redovno, uglavnom zbog strujanja u Zemljinoj jonosferi uzrokovanih promjenama u osvjetljenosti Zemljine jonosfere Suncem tokom dana.
nepravilne varijacije. Nepravilne varijacije u magnetskom polju nastaju zbog uticaja toka solarne plazme (solarne vjetar) na Zemljinoj magnetosferi, kao i promjene unutar magnetosfere i interakcija magnetosfere sa jonosferom.
Varijacije od 27 dana. 27-dnevne varijacije postoje kao tendencija ponavljanja povećanja geomagnetne aktivnosti svakih 27 dana, što odgovara periodu rotacije Sunca u odnosu na posmatrača Zemlje. Ovaj obrazac je povezan sa postojanjem dugovječnih aktivnih područja na Suncu, uočenih tokom nekoliko rotacija Sunca. Ovaj obrazac se manifestuje u obliku 27-dnevnog ponavljanja magnetske aktivnosti i magnetnih oluja.
Sezonske varijacije. Sezonske varijacije u magnetnoj aktivnosti pouzdano se otkrivaju na osnovu mjesečnih prosječnih podataka o magnetskoj aktivnosti dobijenih obradom opservacija tokom nekoliko godina. Njihova amplituda raste sa porastom ukupne magnetske aktivnosti. Utvrđeno je da sezonske varijacije magnetne aktivnosti imaju dva maksimuma, koji odgovaraju periodima ekvinocija, i dva minimuma, koji odgovaraju periodima solsticija. Razlog za ove varijacije je formiranje aktivnih regija na Suncu, koje su grupisane u zonama od 10 do 30° sjeverne i južne heliografske širine. Stoga je u periodima ekvinocija, kada se ravni Zemljinog i Sunčevog ekvatora poklapaju, Zemlja najizloženija djelovanju aktivnih područja na Suncu.
11 godina varijacije. Veza između solarne aktivnosti i magnetske aktivnosti najjasnije se očituje kada se uporede duge serije opservacija koje su višestruke od 11-godišnjih perioda solarne aktivnosti. Najpoznatija mjera solarne aktivnosti je broj sunčevih pjega. Utvrđeno je da u godinama maksimalnog broja sunčevih pjega i magnetna aktivnost dostiže svoju maksimalnu vrijednost, međutim povećanje magnetske aktivnosti nešto zaostaje za porastom sunčeve aktivnosti, tako da je u prosjeku ovo kašnjenje godinu dana.
Dobne varijacije- spore varijacije elemenata zemaljskog magnetizma sa periodima od nekoliko godina ili više. Za razliku od dnevnih, sezonskih i drugih varijacija vanjskog porijekla, sekularne varijacije su povezane s izvorima koji leže unutar Zemljinog jezgra. Amplituda sekularnih varijacija dostiže desetine nT/godišnje; promjene u prosječnim godišnjim vrijednostima takvih elemenata nazivaju se sekularna varijacija. Izolinije sekularnih varijacija koncentrisane su oko nekoliko tačaka - centara ili žarišta sekularne varijacije, u tim centrima veličina sekularne varijacije dostiže svoje maksimalne vrijednosti.
Radijacijski pojasevi i kosmičke zrake.
Pojas zračenja Zemlje su dva regiona najbližeg svemirskog prostora, koji okružuju Zemlju u obliku zatvorenih magnetnih zamki.
Sadrže ogromne tokove protona i elektrona zarobljenih dipolnim magnetnim poljem Zemlje. Zemljino magnetsko polje ima snažan utjecaj na električno nabijene čestice koje se kreću u svemiru blizu Zemlje. Dva su glavna izvora ovih čestica: kosmičke zrake, tj. energetski (od 1 do 12 GeV) elektroni, protoni i jezgra teški elementi, koji dolazi gotovo brzinom svjetlosti, uglavnom iz drugih dijelova Galaksije. I korpuskularni tokovi manje energetski nabijenih čestica (10 5 -10 6 eV) koje izbacuje Sunce. U magnetnom polju, električne čestice se kreću spiralno; putanja čestice, takoreći, vijuga oko cilindra, duž čije ose prolazi linija sile. Radijus ovog imaginarnog cilindra zavisi od jačine polja i energije čestica. Što je veća energija čestice, veći je radijus (naziva se Larmorov radijus) za datu jačinu polja. Ako je Larmorov radijus mnogo manji od radijusa Zemlje, čestica ne dopire do njene površine, već je zarobljena Zemljinim magnetnim poljem. Ako je Larmorov radijus mnogo veći od polumjera Zemlje, čestica se kreće kao da nema magnetnog polja, čestice prodiru u Zemljino magnetsko polje u ekvatorijalnim područjima ako je njihova energija veća od 10 9 eV. Takve čestice napadaju atmosferu i, sudarajući se s njenim atomima, uzrokuju nuklearne transformacije koje proizvode određene količine sekundarnih kosmičkih zraka. Ove sekundarne kosmičke zrake već se registruju na površini Zemlje. Za proučavanje kosmičkih zraka u njihovom izvornom obliku (primarni kosmički zraci), oprema se podiže na raketama i umjetnim zemaljskim satelitima. Otprilike 99% energetskih čestica koje "probijaju" Zemljin magnetni ekran su kosmički zraci galaktičkog porijekla, a samo oko 1% se formira na Suncu. Zemljino magnetsko polje drži ogroman broj energetskih čestica, i elektrona i protona. Njihova energija i koncentracija zavise od udaljenosti do Zemlje i geomagnetske širine. Čestice ispunjavaju, takoreći, ogromne prstenove ili pojaseve koji pokrivaju Zemlju oko geomagnetnog ekvatora.
Edward Kononovich
IN zadnji dani Na naučnim informativnim sajtovima pojavilo se mnogo vesti o Zemljinom magnetnom polju. Na primjer, vijest da se u posljednje vrijeme značajno promijenilo, ili da magnetsko polje doprinosi curenju kisika iz zemljine atmosfere, pa čak i da se krave orijentišu duž linija magnetnog polja na pašnjacima. Šta je magnetno polje i koliko su sve navedene vijesti važne?
- Ovo je područje oko naše planete gdje djeluju magnetne sile. Pitanje porijekla magnetnog polja još uvijek nije konačno riješeno. Međutim, većina istraživača se slaže da je prisustvo Zemljinog magnetnog polja barem dijelom zbog njenog jezgra. Zemljino jezgro se sastoji od čvrstog unutrašnjeg i tečnog spoljašnjeg dela. Rotacija Zemlje stvara stalne struje u tečnom jezgru. Kao što se čitatelj može sjetiti iz lekcija fizike, kretanje električnih naboja rezultira pojavom magnetnog polja oko njih.
Jedna od najčešćih teorija koja objašnjava prirodu polja, teorija dinamo efekta, pretpostavlja da konvektivna ili turbulentna kretanja provodne tekućine u jezgru doprinose samopobuđivanju i održavanju polja u stacionarnom stanju.
Zemlja se može smatrati magnetnim dipolom. Njegov južni pol nalazi se na geografskom sjevernom polu, a sjeverni na južnom. Zapravo, geografski i magnetni pol Zemlje ne poklapaju se ne samo u "smjeru". Osa magnetnog polja je nagnuta u odnosu na osu rotacije Zemlje za 11,6 stepeni. Zbog činjenice da razlika nije značajna, možemo koristiti kompas. Njegova strelica pokazuje tačno na južni magnetni pol Zemlje i skoro tačno na geografski sever. Da je kompas izumljen prije 720.000 godina, ukazivao bi i na geografski i na magnetni sjeverni pol. Ali više o tome u nastavku.
Magnetno polje štiti stanovnike Zemlje i umjetne satelite od štetnog djelovanja kosmičkih čestica. Takve čestice uključuju, na primjer, ionizirane (nabijene) čestice solarnog vjetra. Magnetno polje mijenja putanju njihovog kretanja, usmjeravajući čestice duž linija polja. Potreba za magnetnim poljem za postojanje života sužava raspon potencijalno nastanjivih planeta (ako polazimo od pretpostavke da su hipotetički mogući oblici života slični zemaljskim stanovnicima).
Naučnici ne isključuju da neke od zemaljskih planeta nemaju metalno jezgro i, shodno tome, lišene su magnetnog polja. Do sada se vjerovalo da planete, koje se sastoje od čvrstih stijena, poput Zemlje, sadrže tri glavna sloja: čvrstu koru, viskozni omotač i čvrsto ili rastopljeno željezno jezgro. U nedavnom radu, naučnici sa Massachusetts Institute of Technology predložili su dva mogući mehanizam formiranje "stjenovitih" planeta bez jezgra. Ako se teorijske proračune istraživača potvrde zapažanjima, tada će se formula za izračunavanje vjerovatnoće susreta s humanoidima u svemiru, ili barem nešto što nalikuje ilustracijama iz udžbenika biologije, morati prepisati.
Zemljani također mogu izgubiti svoju magnetnu zaštitu. Istina, geofizičari još ne mogu reći kada će se to tačno dogoditi. Činjenica je da su magnetni polovi Zemlje nestabilni. Povremeno mijenjaju mjesta. Ne tako davno, istraživači su otkrili da Zemlja "pamti" promjenu polova. Analiza takvih "sećanja" pokazala je da su u proteklih 160 miliona godina magnetni sever i jug promenili mesta oko 100 puta. Zadnji put ovaj događaj se dogodio prije oko 720 hiljada godina.
Promjena polova je praćena promjenom konfiguracije magnetnog polja. Tokom "prijelaznog perioda" mnogo više kosmičkih čestica koje su opasne za žive organizme prodire u Zemlju. Jedna od hipoteza koja objašnjava izumiranje dinosaurusa tvrdi da su džinovski gmizavci izumrli upravo prilikom sljedeće promjene polova.
Osim "tragova" planiranih aktivnosti na promjeni polova, istraživači su uočili i opasne pomake u magnetskom polju Zemlje. Analiza podataka o njegovom stanju tokom više godina pokazala je da su se posljednjih mjeseci kod njega počele dešavati opasne promjene. Naučnici već dugo nisu zabilježili tako oštre "pokrete" polja. Područje koje zanima istraživače nalazi se u južnom Atlantskom okeanu. "Debljina" magnetnog polja u ovom području ne prelazi trećinu "normalnog". Istraživači su dugo obraćali pažnju na ovu "rupu" u Zemljinom magnetnom polju. Podaci prikupljeni tokom 150 godina pokazuju da je polje ovdje oslabilo za deset posto u ovom periodu.
On ovog trenutka Teško je reći kako ovo ugrožava čovječanstvo. Jedna od posljedica slabljenja jačine polja može biti povećanje (iako beznačajno) sadržaja kisika u Zemljinoj atmosferi. Veza između Zemljinog magnetnog polja i ovog gasa uspostavljena je pomoću satelitskog sistema Cluster, projekta Evropske svemirske agencije. Naučnici su otkrili da magnetsko polje ubrzava ione kiseonika i "izbacuje" ih u svemir.
Uprkos činjenici da se magnetno polje ne može vidjeti, stanovnici Zemlje ga dobro osjećaju. Ptice selice, na primjer, pronalaze svoj put, fokusirajući se na njega. Postoji nekoliko hipoteza koje tačno objašnjavaju kako osećaju polje. Jedno od potonjih sugerira da ptice vizualno percipiraju magnetsko polje. Posebni proteini - kriptohromi - u očima ptica selica su u stanju da menjaju svoj položaj pod uticajem magnetnog polja. Autori teorije vjeruju da kriptohromi mogu djelovati kao kompas.
Osim ptica, morske kornjače koriste Zemljino magnetsko polje umjesto GPS-a. I, kako pokazuje analiza satelitskih fotografija predstavljenih u sklopu Google Earth projekta, krave. Nakon proučavanja fotografija 8510 krava u 308 regiona svijeta, naučnici su zaključili da ove životinje preferentno orijentiraju svoja tijela sa sjevera na jug (ili od juga prema sjeveru). Štaviše, "referentne tačke" za krave nisu geografske, već upravo magnetni polovi Zemlje. Mehanizam percepcije magnetnog polja kod krava i razlozi takve reakcije na njega ostaju nejasni.
Pored ovih izuzetnih svojstava, magnetno polje doprinosi pojavi aurore. Oni nastaju kao rezultat drastične promjene polja koja potiču iz udaljenih regiona polja.
Magnetno polje nisu zanemarili pristalice jedne od "teorija zavjere" - teorije lunarne prevare. Kao što je već spomenuto, magnetsko polje nas štiti od kosmičkih čestica. "Sakupljene" čestice se akumuliraju u određenim dijelovima polja - takozvanim Van Alenovim radijacijskim pojasevima. Skeptici koji ne vjeruju u realnost slijetanja na Mjesec vjeruju da bi tokom leta kroz radijacijske pojaseve astronauti dobili smrtonosnu dozu zračenja.
Zemljino magnetsko polje je nevjerovatna posljedica zakona fizike, zaštitni štit, orijentir i kreator aurore. Bez toga bi život na Zemlji mogao izgledati sasvim drugačije. Općenito, da nema magnetnog polja, moralo bi se izmisliti.
Struktura i karakteristike Zemljinog magnetnog polja
Na maloj udaljenosti od Zemljine površine, oko tri njena poluprečnika, linije magnetnog polja imaju raspored poput dipola. Ovo područje se zove Zemljina plazmasfera.
Kako se udaljavamo od Zemljine površine, uticaj sunčevog vjetra se pojačava: sa strane Sunca geomagnetno polje se skuplja, a sa suprotne, noćne strane, rasteže se u dugi rep.
plazmasfera
Primjetan utjecaj na magnetsko polje na površini Zemlje imaju struje u jonosferi. Ovo područje gornjeg sloja atmosfere proteže se od visina od oko 100 km i više. Sadrži veliki broj joni. Plazmu drži Zemljino magnetno polje, ali njeno stanje je određeno interakcijom Zemljinog magnetnog polja sa solarnim vjetrom, što objašnjava povezanost magnetnih oluja na Zemlji sa sunčevim bakljama.
Opcije polja
Tačke na Zemlji, u kojima jačina magnetnog polja ima vertikalni smjer, nazivaju se magnetni polovi. Na Zemlji postoje dvije takve tačke: sjeverni magnetni pol i južni magnetni pol.
Prava linija koja prolazi kroz magnetne polove naziva se Zemljina magnetna osa. Krug veliki krug u ravni koja je okomita na magnetnu osu naziva se magnetski ekvator. Jačina magnetnog polja u tačkama magnetnog ekvatora ima približno horizontalni pravac.
Prosječna jačina polja na površini Zemlje je oko 0,5 Oe (40 A/m) i jako zavisi od geografska lokacija. Jačina magnetskog polja na magnetskom ekvatoru je oko 0,34 Oe (Oersted), na magnetnim polovima je oko 0,66 Oe. U nekim područjima (u tzv. područjima magnetskih anomalija) napetost naglo raste. U području Kurske magnetske anomalije dostiže 2 Oe.
Dipolni magnetni moment Zemlje 1995. bio je 7,812x10 25 Gs cm 3 (ili 7,812x10 22 A m 2), smanjujući se u proseku tokom poslednjih decenija za 0,004x10 25 Gs cm 3 ili 1/4000 godišnje.
Uobičajena je aproksimacija Zemljinog magnetnog polja u obliku niza harmonika - Gaussovog niza.
Zemljino magnetsko polje karakteriziraju poremećaji koji se nazivaju geomagnetne pulsacije zbog pobuđivanja hidromagnetnih valova u Zemljinoj magnetosferi; frekvencijski opseg pulsiranja se proteže od miliherca do jednog kiloherca.
magnetni meridijan
Magnetski meridijani su projekcije linija sile Zemljinog magnetskog polja na njenu površinu; složene krive koje konvergiraju na sjevernom i južnom magnetnom polu Zemlje.
Hipoteze o prirodi Zemljinog magnetnog polja
Nedavno je razvijena hipoteza koja povezuje nastanak Zemljinog magnetnog polja sa protokom struja u jezgru od tečnog metala. Izračunato je da se zona u kojoj djeluje mehanizam "magnetnog dinamo" nalazi na udaljenosti od 0,25-0,3 polumjera Zemlje. Sličan mehanizam stvaranja polja može se odvijati i na drugim planetama, posebno u jezgrima Jupitera i Saturna (prema nekim pretpostavkama, oni se sastoje od tekućeg metalnog vodonika).
Promjene u magnetskom polju Zemlje
Studije remanentne magnetizacije stečene magmatskim stijene kada se ohlade ispod Curie tačke, oni ukazuju na ponovljene preokrete Zemljinog magnetnog polja, zabilježene u trakastim magnetnim anomalijama okeanske kore, paralelne sa osovinama srednjeokeanskih grebena.
Formiranje trakastih magnetnih anomalija tokom širenja.
Pomicanje Zemljinih magnetnih polova
Pomak magnetnih polova se bilježi od 1885. godine. U proteklih 100 godina magnetni pol u južna hemisfera prešao skoro 900 km i ušao u Indijski okean. Najnoviji podaci o stanju arktičkog magnetnog pola (koji se kreće prema istočnosibirskoj svjetskoj magnetskoj anomaliji kroz Arktički ocean) pokazali su da je od 1973. do 1984. njegov domet bio 120 km, od 1984. do 1994. godine - više od 150 km. Iako su ovi podaci proračunati, oni su potvrđeni mjerenjima sjevernog magnetnog pola. Od početka 2007. godine, brzina drifta sjevernog magnetnog pola porasla je sa 10 km/godišnje 1970-ih na 60 km/godišnje 2004. godine.
Intenzitet Zemljinog magnetnog polja opada, i to neravnomjerno. U protekle 22 godine smanjio se u prosjeku za 1,7%, au nekim regijama - na primjer, u južnom Atlantskom okeanu - za 10%. Na nekim mjestima, jačina magnetnog polja, suprotno opšti trendčak i povećao.
Ubrzanje kretanja polova (prosječno 3 km/godišnje) i njihovo kretanje duž koridora okretanja magnetnih polova (više od 400 paleoinverzija omogućilo je identifikaciju ovih koridora) sugerira da bi ovo kretanje polova trebalo biti posmatrano ne kao izlet, već kao još jedan preokret Zemljinog magnetnog polja.
To potvrđuje i trenutni porast ugla otvaranja kvržica (polarnih proreza u magnetosferi na sjeveru i jugu), koji je do sredine 1990-ih dostigao 45°. Radijacijski materijal solarnog vjetra, međuplanetarnog prostora i kosmičkih zraka navalio je u proširene pukotine, uslijed čega velika količina materije i energije, što može dovesti do dodatnog zagrijavanja polarnih kapa.
U prošlosti su se preokreti magnetnih polova dešavali mnogo puta i život je sačuvan. Pitanje je po koju cijenu. Ako, kako se navodi u nekim hipotezama, prilikom okretanja polova, Zemljina magnetosfera nestane na neko vrijeme, tada će na Zemlju pasti mlaz kosmičkih zraka, što je opasno za stanovnike kopna, a tim više ako nestanak magnetosfere povezan je sa propadanjem ozonskog omotača. Ohrabrujuće je da prilikom preokreta magnetnog polja Sunca, koji se dogodio u martu 2001. godine, nije zabilježen potpuni nestanak solarne magnetosfere. Potpuni ciklus Sunčevog magnetnog polja je 22 godine.
Geomagnetske koordinate (McIlwain koordinate)
U fizici kosmičkih zraka široko se koriste specifične koordinate u geomagnetskom polju, nazvane po naučniku Carlu McIlwainu, koji je prvi predložio njihovu upotrebu, budući da se temelje na invarijantama kretanja čestica u magnetskom polju. Tačku u dipolnom polju karakteriziraju dvije koordinate (L, B), gdje je L takozvana magnetna školjka, ili McIlwain L-parametar, B je indukcija magnetskog polja (obično u Gs). Vrijednost L se obično uzima kao parametar magnetne ljuske, jednak omjeru prosječna udaljenost stvarne magnetne ljuske od centra Zemlje u ravni geomagnetnog ekvatora, do radijusa Zemlje.
Istorija istraživanja
Sposobnost magnetiziranih objekata da se lociraju u određenom smjeru Kinezima je bila poznata prije nekoliko milenijuma.
Godine 1544. njemački naučnik Georg Hartmann otkrio je magnetsku inklinaciju. Magnetni nagib je ugao pod kojim strelica pod uticajem Zemljinog magnetnog polja odstupa od horizontalne ravni gore ili dole. Na hemisferi sjeverno od magnetskog ekvatora (koja se ne poklapa sa geografskim ekvatorom), sjeverni kraj strelice odstupa prema dolje, na južnom - obrnuto. Na samom magnetnom ekvatoru, linije magnetnog polja su paralelne sa Zemljinom površinom.
Po prvi put pretpostavku o prisustvu Zemljinog magnetnog polja, koje uzrokuje takvo ponašanje magnetiziranih objekata, iznio je engleski doktor i prirodni filozof William Gilbert 1600. godine u svojoj knjizi De Magnete, u kojoj je opisao eksperiment s kuglom magnetne rude i malom željeznom strijelom. Gilbert je došao do zaključka da je Zemlja veliki magnet. Opažanja engleskog astronoma Henryja Gellibranda pokazala su da geomagnetno polje nije konstantno, već se sporo mijenja.
José de Acosta (jedan od osnivača geofizike, prema Humboldtu) u svojoj Istoriji (1590.) prvi je imao teoriju o četiri linije bez magnetske deklinacije (opisao je upotrebu kompasa, ugao deklinacije, razlike između magnetske deklinacije i Sjeverni pol; iako su deklinacije bile poznate još u 15. stoljeću, on je opisao fluktuaciju odstupanja od jedne do druge tačke; identificirao je mjesta s nultom devijacijom: na primjer, na Azorima).
Ugao pod kojim magnetna igla odstupa od pravca sjever-jug naziva se magnetna deklinacija. Kristofor Kolumbo je otkrio da magnetna deklinacija ne ostaje konstantna, već se mijenja s promjenom. geografske koordinate. Otkriće Kolumba poslužilo je kao poticaj za novo proučavanje Zemljinog magnetnog polja: pomorcima su bile potrebne informacije o tome. Ruski naučnik M. V. Lomonosov je 1759. godine u svom izvještaju „Razgovor o velikoj preciznosti morskog puta“ dao vrijedne savjete da se poveća tačnost očitavanja kompasa. Za proučavanje zemaljskog magnetizma, M. V. Lomonosov je preporučio organizovanje mreže stalnih tačaka (opservatorija) u kojima bi se vršila sistematska magnetska posmatranja; takva zapažanja bi se trebala široko provoditi i na moru. Lomonosovljeva ideja o organizovanju magnetnih opservatorija ostvarena je tek 60 godina kasnije u Rusiji.
Godine 1831. engleski polarni istraživač John Ross otkrio je magnetni pol u kanadskom arhipelagu - području gdje se nalazi magnetna igla. vertikalni položaj, odnosno nagib je 90°. Godine 1841. James Ross (nećak Džona Rosa) stigao je do drugog magnetnog pola Zemlje, koji se nalazi na Antarktiku.
Carl Gauss (njemački Carl Friedrich Gauss) iznio je teoriju o nastanku Zemljinog magnetnog polja i 1839. godine dokazao da najveći dio dolazi iz Zemlje, te da se mora tražiti uzrok malih, kratkih odstupanja u njegovim vrijednostima. u spoljašnjem okruženju.
izvor - Wikipedia
Vidi također odjeljak- besplatno preuzmite knjige o astronomiji
Vidi također odjeljak- besplatno preuzmite astronomske članke i sažetke
Vidi također odjeljak- kupujte online
Vidi također odjeljak- članci iz naučnih časopisa
Zašto vam je potrebno Zemljino magnetsko polje, naučit ćete iz ovog članka.
Kolika je vrijednost Zemljinog magnetnog polja?
Prije svega, štiti umjetne satelite i stanovnike planete od djelovanja čestica iz svemira. To uključuje nabijene, jonizirane čestice solarnog vjetra. Kada uđu u našu atmosferu, magnetsko polje mijenja njihovu putanju i usmjerava ih duž linije polja.
Osim toga, ušli smo u eru novih tehnologija zahvaljujući našem magnetnom polju. Svi moderni, napredni uređaji koji rade koristeći različite memorijske pogone (diskove, kartice) direktno zavise od magnetnog polja. Njegova napetost i stabilnost direktno utiče na apsolutno sve informacije, kompjuterske sisteme, budući da su sve informacije neophodne za njih ispravan rad postavljene na magnetne medije.
Stoga sa sigurnošću možemo reći da je prosperitet moderna civilizacija, "održivost" njegovih tehnologija usko zavisi od stanja magnetnog polja naše planete.
Šta je Zemljino magnetsko polje?
Zemljino magnetno polje je područje oko planete gdje djeluju magnetske sile.
Što se tiče njegovog porekla, ovo pitanje još uvijek nije definitivno riješeno. Ali večina istraživači su skloni vjerovati da naša planeta prisutnost magnetnog polja duguje jezgru. Sastoji se od unutrašnjeg čvrstog i spoljašnjeg tečnog dela. Rotacija Zemlje doprinosi stalnim strujama u tečnom jezgru. A to dovodi do pojave magnetskog polja oko njih.
Većina planeta u Sunčevom sistemu ima magnetna polja različitog stepena. Ako ih postavite u red prema smanjenju dipolnog magnetskog momenta, dobijate sledeću sliku: Jupiter, Saturn, Zemlja, Merkur i Mars. glavni razlog njegova pojava je prisustvo tečnog jezgra.
U prošlom veku, razni naučnici su izneli nekoliko pretpostavki o Zemljinom magnetnom polju. Prema jednom od njih, polje se pojavljuje kao rezultat rotacije planete oko svoje ose.
Zasnovan je na čudnom Barnet-Einstein efektu, koji leži u činjenici da kada se bilo koje tijelo rotira, nastaje magnetsko polje. Atomi u ovom efektu imaju svoj magnetni moment, jer rotiraju oko svoje ose. Ovako se pojavljuje Zemljino magnetsko polje. Međutim, ova hipoteza nije izdržala eksperimentalne testove. Pokazalo se da je magnetsko polje dobijeno na tako netrivijalan način nekoliko miliona puta slabije od stvarnog.
Druga hipoteza se zasniva na pojavi magnetnog polja zbog kružnog kretanja nabijenih čestica (elektrona) na površini planete. I ona je bila nesposobna. Kretanje elektrona može uzrokovati pojavu vrlo slabog polja, štoviše, ova hipoteza ne objašnjava preokret Zemljinog magnetnog polja. Poznato je da se sjeverni magnetni pol ne poklapa sa sjevernim geografskim.
Sunčev vjetar i strujanja plašta
Mehanizam formiranja magnetnog polja Zemlje i drugih planeta Sunčevog sistema nije u potpunosti shvaćen i za sada ostaje misterija za naučnike. Međutim, jedna predložena hipoteza prilično dobro objašnjava inverziju i veličinu indukcije stvarnog polja. Zasnovan je na radu unutrašnjih strujanja Zemlje i sunčevog vjetra.
Unutrašnje struje Zemlje teku u omotaču koji se sastoji od supstanci vrlo dobre provodljivosti. Jezgro je trenutni izvor. Energija od jezgra do zemljine površine prenosi se konvekcijom. Dakle, u plaštu postoji stalno kretanje materije, koja formira magnetsko polje prema dobro poznatom zakonu kretanja naelektrisanih čestica. Ako njegovu pojavu povežemo samo s unutrašnjim strujama, ispada da sve planete čiji se smjer rotacije poklapa sa smjerom rotacije Zemlje moraju imati identično magnetsko polje. Međutim, nije. Jupiterov sjeverni geografski pol poklapa se sa sjevernim magnetskim.
Nisu samo unutrašnje struje uključene u formiranje Zemljinog magnetnog polja. Odavno je poznato da reaguje na solarni vjetar, mlaz visokoenergetskih čestica koje dolaze sa Sunca kao rezultat reakcija koje se odvijaju na njegovoj površini.
Sunčev vetar je inherentan struja(kretanje naelektrisanih čestica). Zavučen rotacijom Zemlje, stvara kružnu struju, što dovodi do pojave Zemljinog magnetnog polja.