Jedinstveno magnetsko polje Zemlje. Zašto jakost Zemljinog magnetskog polja brzo opada? (10 fotografija)
Poruka na temu: "Magnetsko polje" pomoći će vam da se pripremite za nastavu i proširite svoje znanje o ovom jedinstvenom fenomenu.
Poruka "Magnetsko polje"
Malo o povijesti proučavanja polja sila. William Gilbert, engleski znanstvenik, objavio je 1600. godine knjigu pod naslovom "O magnetu, magnetskim tijelima i velikom magnetu, Zemlji". U njemu je Zemlju prikazao kao stalni divovski magnet s vlastitom osi, koja se razlikuje od osi rotacije planeta. Danas se taj kut odstupanja naziva magnetska deklinacija.
Osim toga, Hilbert je eksperimentalno potvrdio svoju pretpostavku. Od prirodnog magneta izrezbarili su veliku kuglu. Približavajući magnetsku iglu kuglici, dokazao je da je ona uvijek postavljena na isti način kao i strelica na kompasu. Odnosno, znanstvenik je zaključio da je magnetsko polje našeg planeta slično sličnom polju stalnog magneta.
A 1702. godine još jedan znanstvenik E. Halley stvorio je prve svjetske magnetske karte Zemlje.
Koji je razlog zašto Zemlja ima magnetsko polje? Sve je u njegovoj jezgri, koja je užareno željezo - izvrstan je vodič za električne struje koje nastaju unutar planeta. Sam po sebi tvori magnetosferu koja se proteže 80.000. Magnetosfera štiti Zemljinu površinu od kozmičke zrake, nabijene čestice, visoke energije, tvore zaslon. Osim toga, utječe na prirodu vremena.
Ima li promjena u Zemljinom magnetskom polju?
Davne 1635. godine znanstvenik Gellibrand ustanovio je da je magnetsko polje planeta promjenjivo. Nešto kasnije ustanovljeno je da su te promjene kratkotrajne i trajne.
Razlog stalne promjene su naslage minerala. Na primjer, postoje područja na planetu gdje naslage željezne rude snažno iskrivljuju Zemljino magnetsko polje (Kurska magnetska anomalija). Razlog kratkotrajnih promjena je djelovanje "sunčevog vjetra", odnosno protoka nabijenih čestica koje Sunce izbacuje. Tako nastaju magnetske oluje.
Utjecaj polja magnetske sile na žive organizme
Magnetsko polje našeg planeta pomaže mnogim životinjama da se kreću u svemiru. Na primjer, morske bakterije radije se nastanjuju samo pod kutom u odnosu na linije polja. To je zbog činjenice da u njihovom tijelu postoje male feromagnetske čestice. Ali insekti se nalaze isključivo u smjeru duž ili poprijeko magnetskih linija.
Ptice selice također su vođeni Zemljinim magnetskim poljem. Znanstvenici su nedavno otkrili nevjerojatna činjenica: u području očiju imaju malo polje tkiva, neku vrstu kompasa, u kojem se nalaze kristali magnetita. Imaju sposobnost magnetiziranja u magnetskom polju, čime se orijentiraju u prostoru. Također je dokazano da utječe na rast biljaka.
Nadamo se da vam je reportaža "Magnetsko polje Zemlje" pomogla u pripremi za nastavu. A svoju poruku o magnetskom polju možete ostaviti putem obrasca za komentare ispod.
Sadržaj članka
MAGNETSKO POLJE ZEMLJE. Većina planeta Sunčev sustav imaju magnetska polja u različitim stupnjevima. U opadajućem redoslijedu dipolnog magnetskog momenta na prvom mjestu su Jupiter i Saturn, zatim Zemlja, Merkur i Mars, au odnosu na Zemljin magnetski moment vrijednost njihovih momenata je 20 000, 500, 1, 3/. 5000 3/10000. Dipolni magnetski moment Zemlje 1970. godine iznosio je 7,98·10 25 G/cm 3 (ili 8,3·10 22 A.m 2), smanjivši se tijekom desetljeća za 0,04·10 25 G/cm 3 . Prosječna jakost polja na površini je oko 0,5 Oe (5 10 -5 T). Oblik glavnog magnetskog polja Zemlje na udaljenostima manjim od tri polumjera blizak je polju ekvivalentnog magnetskog dipola. Središte mu je pomaknuto u odnosu na središte Zemlje u smjeru 18° sjeverne geografske širine. i 147,8° E. e. Os ovog dipola je nagnuta prema osi rotacije Zemlje za 11,5°. Pod istim su kutom geomagnetski polovi odvojeni od odgovarajućih geografskih polova. Istodobno, južni geomagnetski pol nalazi se na sjevernoj hemisferi. Trenutno se nalazi blizu geografskog sjevernog pola Zemlje na sjevernom Grenlandu. Njegove koordinate su j = 78,6 + 0,04° T NL, l = 70,1 + 0,07° T W, gdje je T broj desetljeća od 1970. Na sjevernom magnetskom polu, j = 75° S, l = 120,4°E (na Antarktiku). Prave magnetske linije Zemljinog magnetskog polja u prosjeku su blizu linijama sile ovog dipola, razlikuju se od njih u lokalnim nepravilnostima povezanim s prisutnošću magnetiziranih stijena u kori. Kao rezultat sekularnih varijacija, geomagnetski pol precesira u odnosu na geografski pol s periodom od oko 1200 godina. Na velikim udaljenostima Zemljino magnetsko polje je asimetrično. Pod djelovanjem toka plazme (solarnog vjetra) koji izvire iz Sunca, Zemljino magnetsko polje se iskrivljuje i dobiva "rep" u smjeru od Sunca, koji se proteže stotinama tisuća kilometara, izlazeći izvan orbite Mjesec.
Poseban dio geofizike koji proučava nastanak i prirodu Zemljinog magnetskog polja naziva se geomagnetizam. Geomagnetizam razmatra probleme nastanka i evolucije glavne, stalne komponente geomagnetsko polje, priroda varijabilne komponente (oko 1% glavnog polja), kao i struktura magnetosfere - najviši magnetizirani slojevi plazme zemljine atmosfere u interakciji sa solarnim vjetrom i štiteći Zemlju od kozmičkog prodornog zračenja. Važan zadatak je proučavanje obrazaca varijacija geomagnetskog polja, budući da su one uzrokovane vanjskim utjecajima povezanim prvenstveno sa Sunčevom aktivnošću. .
Podrijetlo magnetskog polja.
Opažena svojstva Zemljinog magnetskog polja u skladu su s konceptom njegovog nastanka zahvaljujući mehanizmu hidromagnetskog dinama. U tom se procesu početno magnetsko polje pojačava kao rezultat kretanja (obično konvektivnih ili turbulentnih) električki vodljive tvari u tekućoj jezgri planeta ili u plazmi zvijezde. Na temperaturi tvari od nekoliko tisuća K, njezina vodljivost je dovoljno visoka da konvektivna gibanja koja se javljaju čak iu slabo magnetiziranom mediju mogu pobuditi promjenjive električne struje koje, u skladu sa zakonima elektromagnetske indukcije, mogu stvoriti nova magnetska polja. Prigušenje tih polja ili stvara toplinsku energiju (prema Jouleovom zakonu) ili dovodi do pojave novih magnetskih polja. Ovisno o prirodi gibanja, ta polja mogu ili oslabiti ili ojačati izvorna polja. Za jačanje polja dovoljna je određena asimetrija pokreta. Tako, nužan uvjet hidromagnetski dinamo je sama prisutnost gibanja u vodljivom mediju, a dovoljna je prisutnost određene asimetrije (heliciteta) unutarnji tokovi okoliš. Kada su ti uvjeti zadovoljeni, proces pojačanja se nastavlja sve dok Jouleovi toplinski gubici, koji rastu s povećanjem jakosti struje, ne uravnoteže dotok energije uslijed hidrodinamičkih gibanja.
Dinamo efekt - samopobuda i održavanje magnetskih polja u stacionarnom stanju uslijed gibanja vodljive tekućine ili plinske plazme. Njegov mehanizam sličan je stvaranju električne struje i magnetskog polja u samopobuđenom dinamu. Dinamo efekt povezan je s podrijetlom vlastitih magnetskih polja Sunca Zemlje i planeta, kao i njihovih lokalnih polja, na primjer, polja pjega i aktivnih regija.
Komponente geomagnetskog polja.
Vlastito magnetsko polje Zemlje (geomagnetsko polje) može se podijeliti u sljedeća tri glavna dijela.
1. Glavno magnetsko polje Zemlje, koje doživljava spore promjene u vremenu (sekularne varijacije) s periodima od 10 do 10 000 godina, koncentrirano u intervalima od 10-20, 60-100, 600-1200 i 8000 godina. Potonji je povezan s promjenom dipolnog magnetskog momenta za faktor od 1,5–2.
2. Svjetske anomalije - odstupanja od ekvivalentnog dipola do 20% intenziteta pojedinih područja s karakterističnim veličinama do 10 000 km. Ova anomalna polja doživljavaju sekularne varijacije koje dovode do promjena tijekom vremena tijekom mnogih godina i stoljeća. Primjeri anomalija: brazilska, kanadska, sibirska, kurska. U tijeku sekularnih varijacija, svjetske se anomalije pomiču, raspadaju i ponovno pojavljuju. Na niskim geografskim širinama postoji zapadni nanos po dužini brzinom od 0,2° godišnje.
3. Magnetska polja lokalnih područja vanjskih ljuski duljine od nekoliko do stotina kilometara. Oni su posljedica magnetizacije stijena u gornjem sloju Zemlje, koje čine zemljina kora i blizu površine. Jedna od najmoćnijih je Kurska magnetska anomalija.
4. Izmjenično magnetsko polje Zemlje (također nazvano vanjsko) određeno je izvorima u obliku strujnih sustava koji se nalaze izvan Zemljina površina i u njegovoj atmosferi. Glavni izvori takvih polja i njihovih promjena su korpuskularni tokovi magnetizirane plazme koji dolaze sa Sunca zajedno sa Sunčevim vjetrom i tvore strukturu i oblik Zemljine magnetosfere.
Struktura magnetskog polja zemljine atmosfere.
Zemljino magnetsko polje pod utjecajem je toka magnetizirane solarne plazme. Kao rezultat interakcije sa Zemljinim poljem nastaje vanjska granica magnetskog polja u blizini Zemlje, koja se naziva magnetopauza. Ograničava Zemljinu magnetosferu. Zbog utjecaja solarnih korpuskularnih tokova, veličina i oblik magnetosfere se stalno mijenjaju, a nastaje izmjenično magnetsko polje, određeno vanjskim izvorima. Njegova varijabilnost duguje svoje podrijetlo trenutnim sustavima koji se razvijaju na različitim visinama od nižih slojeva ionosfere do magnetopauze. Promjene u Zemljinom magnetskom polju tijekom vremena uzrokovane razni razlozi, nazivaju se geomagnetske varijacije, koje se razlikuju kako po trajanju tako i po lokalizaciji na Zemlji iu njezinoj atmosferi.
Magnetosfera je područje blizu Zemlje koje kontrolira Zemljino magnetsko polje. Magnetosfera nastaje kao rezultat interakcije Sunčevog vjetra s plazmom gornje atmosfere i Zemljinim magnetskim poljem. Oblik magnetosfere je šupljina i dugačak rep, koji ponavljaju oblik linija magnetskog polja. Subsolarna točka je u prosjeku na udaljenosti od 10 polumjera Zemlje, a rep magneta se proteže izvan orbite Mjeseca. Topologija magnetosfere određena je područjima prodora solarne plazme u magnetosferu i karakterom strujnih sustava.
Formira se rep magnetosfere linije sile Zemljinog magnetskog polja, koje izlaze iz polarnih područja i produžuju se pod djelovanjem sunčevog vjetra za stotine Zemljinih radijusa od Sunca do noćne strane Zemlje. Kao rezultat toga, plazma Sunčevog vjetra i Sunčevih korpuskularnih tokova, takoreći, teku oko Zemljine magnetosfere, dajući joj neobičan oblik repa. U repu magnetosfere, na velikim udaljenostima od Zemlje, intenzitet Zemljinog magnetskog polja, a time i njihova zaštitna svojstva, su oslabljeni, te neke čestice Sunčeve plazme mogu prodrijeti i dospjeti u Zemljinu magnetosferu i magnetsko polje. zamke radijacijskih pojaseva. Prodirući u dio glave magnetosfere u područje ovalnih aurora pod utjecajem promjenjivog tlaka Sunčevog vjetra i međuplanetarnog polja, rep služi kao mjesto za stvaranje tokova taložnih čestica koje uzrokuju aurore i auroralne struje. Magnetosfera je od međuplanetarnog prostora odvojena magnetopauzom. Duž magnetopauze čestice korpuskularnih tokova teku oko magnetosfere. Utjecaj Sunčevog vjetra na Zemljino magnetsko polje ponekad je vrlo jak. magnetopauza – vanjska granica Zemljine (ili planetove) magnetosfere, na kojoj se dinamički pritisak Sunčevog vjetra uravnotežuje pritiskom vlastitog magnetskog polja. S tipičnim parametrima solarnog vjetra, subsolarna točka udaljena je 9-11 polumjera Zemlje od središta Zemlje. Tijekom razdoblja magnetskih poremećaja na Zemlji, magnetopauza može izaći izvan geostacionarne orbite (6,6 polumjera Zemlje). Kada je Sunčev vjetar slab, subsolarna točka je na udaljenosti od 15-20 radijusa Zemlje.
Sunčani vjetar -
izljev plazme solarne korone u međuplanetarni prostor. Na razini Zemljine orbite Prosječna brzinačestica Sunčevog vjetra (protona i elektrona) oko 400 km/s, broj čestica je nekoliko desetaka po 1 cm 3 .
Magnetska oluja.
Lokalne karakteristike magnetskog polja mijenjaju se i ponekad fluktuiraju više sati, a zatim se vraćaju na prethodnu razinu. Ova pojava se zove magnetska oluja. Magnetske oluje često počinju iznenada i diljem svijeta u isto vrijeme.
geomagnetske varijacije.
Promjene Zemljinog magnetskog polja tijekom vremena pod utjecajem različitih čimbenika nazivamo geomagnetskim varijacijama. Razlika između opažene vrijednosti jakosti magnetskog polja i njegove prosječne vrijednosti u bilo kojem dugom vremenskom razdoblju, na primjer, mjesec ili godinu, naziva se geomagnetska varijacija. Prema opažanjima, geomagnetske varijacije se kontinuirano mijenjaju u vremenu, a takve su promjene često periodične.
dnevne varijacije. Dnevne varijacije u geomagnetskom polju javljaju se redovito, uglavnom zbog strujanja u Zemljinoj ionosferi uzrokovanih promjenama u osvijetljenosti Zemljine ionosfere Suncem tijekom dana.
nepravilne varijacije. Nepravilne varijacije u magnetskom polju nastaju zbog utjecaja toka solarne plazme (solar vjetar) na Zemljinu magnetosferu, kao i promjene unutar magnetosfere i međudjelovanje magnetosfere s ionosferom.
Varijacije od 27 dana. 27-dnevne varijacije postoje kao tendencija ponavljanja povećanja geomagnetske aktivnosti svakih 27 dana, što odgovara periodu rotacije Sunca u odnosu na promatrača Zemlje. Ovaj obrazac je povezan s postojanjem dugovječnih aktivnih područja na Suncu, opaženih tijekom nekoliko rotacija Sunca. Taj se obrazac očituje u obliku 27-dnevnog ponavljanja magnetske aktivnosti i magnetskih oluja.
Sezonske varijacije. Sezonske varijacije magnetske aktivnosti pouzdano se otkrivaju na temelju mjesečnih prosječnih podataka o magnetskoj aktivnosti dobivenih obradom višegodišnjih opažanja. Njihova amplituda raste s porastom ukupne magnetske aktivnosti. Utvrđeno je da sezonske varijacije magnetske aktivnosti imaju dva maksimuma, koji odgovaraju razdobljima ekvinocija, i dva minimuma, koji odgovaraju razdobljima solsticija. Razlog ovih varijacija je formiranje aktivnih područja na Suncu, koja su grupirana u zonama od 10 do 30° sjeverne i južne heliografske širine. Stoga je u razdobljima ekvinocija, kada se poklapaju ravnine Zemljinog i Sunčevog ekvatora, Zemlja najizloženija djelovanju aktivnih područja na Suncu.
Varijacije od 11 godina. Veza između Sunčeve aktivnosti i magnetske aktivnosti očituje se najjasnije kada se usporede dugi nizovi opažanja koji su višekratnici 11-godišnjih razdoblja Sunčeve aktivnosti. Najpoznatija mjera Sunčeve aktivnosti je broj Sunčevih pjega. Utvrđeno je da u godinama najvećeg broja Sunčevih pjega i magnetska aktivnost dostiže svoju maksimalnu vrijednost, međutim porast magnetske aktivnosti nešto zaostaje za porastom Sunčeve aktivnosti, tako da u prosjeku to kašnjenje iznosi jednu godinu.
Dobne varijacije- spore varijacije elemenata zemaljskog magnetizma s periodima od nekoliko godina ili više. Za razliku od dnevnih, sezonskih i drugih varijacija vanjskog podrijetla, sekularne varijacije povezane su s izvorima koji leže unutar zemljine jezgre. Amplituda sekularnih varijacija doseže desetke nT/god; promjene u prosječnim godišnjim vrijednostima takvih elemenata nazivaju se sekularne varijacije. Izolinije sekularnih varijacija koncentrirane su oko nekoliko točaka - središta ili žarišta sekularne varijacije, u tim središtima vrijednost sekularne varijacije doseže svoje najveće vrijednosti.
Radijacijski pojasevi i kozmičke zrake.
Zemljini pojasevi zračenja su dva područja najbližeg svemira oko Zemlje, koji okružuju Zemlju u obliku zatvorenih magnetskih zamki.
Sadrže ogromne tokove protona i elektrona uhvaćene dipolnim magnetskim poljem Zemlje. Zemljino magnetsko polje ima jak utjecaj na električki nabijene čestice koje se kreću u svemiru blizu Zemlje. Dva su glavna izvora ovih čestica: kozmičke zrake, tj. energetskih (od 1 do 12 GeV) elektrona, protona i jezgri teški elementi, dolazeći gotovo svjetlosnim brzinama, uglavnom iz drugih dijelova Galaksije. I korpuskularne struje manje energetskih nabijenih čestica (10 5 -10 6 eV) koje izbacuje Sunce. U magnetskom polju električne se čestice kreću spiralno; putanja čestice, takoreći, vijuga oko cilindra, duž čije osi prolazi linija sile. Polumjer ovog zamišljenog cilindra ovisi o jakosti polja i energiji čestice. Što je veća energija čestice, veći je radijus (naziva se Larmorov radijus) za danu jakost polja. Ako je Larmorov radijus mnogo manji od polumjera Zemlje, čestica ne dolazi do njene površine, već biva zarobljena Zemljinim magnetskim poljem. Ako je Larmorov radijus puno veći od polumjera Zemlje, čestica se giba kao da nema magnetskog polja, čestice prodiru u Zemljino magnetsko polje u ekvatorijalnim područjima ako im je energija veća od 10 9 eV. Takve čestice napadaju atmosferu i pri sudaru s njezinim atomima uzrokuju nuklearne transformacije, koje proizvode određene količine sekundarnih kozmičkih zraka. Ove sekundarne kozmičke zrake već se registriraju na površini Zemlje. Za proučavanje kozmičkih zraka u njihovom izvornom obliku (primarne kozmičke zrake) oprema se postavlja na rakete i umjetne Zemljine satelite. Otprilike 99% energetskih čestica koje "probijaju" Zemljin magnetski ekran su kozmičke zrake galaktičkog porijekla, a samo oko 1% nastaje na Suncu. Zemljino magnetsko polje drži ogroman broj energetske čestice, elektrone i protone. Njihova energija i koncentracija ovise o udaljenosti od Zemlje i geomagnetskoj širini. Čestice ispunjavaju, takoreći, ogromne prstenove ili pojaseve koji prekrivaju Zemlju oko geomagnetskog ekvatora.
Edvard Kononovich
U posljednjih dana Na stranicama znanstvenih informacija pojavilo se mnogo vijesti o Zemljinom magnetskom polju. Recimo, vijest da se ono u posljednje vrijeme značajno promijenilo, ili da magnetsko polje pridonosi ispuštanju kisika iz zemljine atmosfere, pa čak i da se krave na pašnjacima orijentiraju po linijama magnetskog polja. Što je magnetsko polje i koliko su sve navedene novosti važne?
- To je područje oko naše planete gdje djeluju magnetske sile. Pitanje podrijetla magnetskog polja još nije konačno riješeno. Međutim, većina se istraživača slaže da je prisutnost Zemljinog magnetskog polja barem djelomično posljedica njezine jezgre. Jezgra Zemlje sastoji se od čvrstog unutarnjeg i tekućeg vanjskog dijela. Rotacija Zemlje stvara stalne struje u tekućoj jezgri. Kao što se čitatelj možda sjeća iz lekcija fizike, kretanje električnih naboja rezultira pojavom magnetskog polja oko njih.
Jedna od najčešćih teorija koja objašnjava prirodu polja, teorija dinamo efekta, pretpostavlja da konvektivna ili turbulentna gibanja vodljivog fluida u jezgri doprinose samopobuđivanju i održavanju polja u stacionarnom stanju.
Zemlju možemo smatrati magnetskim dipolom. Njegov južni pol nalazi se na geografskom sjevernom polu, a sjeverni, odnosno, na južnom. Zapravo, geografski i magnetski polovi Zemlje ne podudaraju se ne samo u "smjeru". Os magnetskog polja je nagnuta u odnosu na os rotacije Zemlje za 11,6 stupnjeva. S obzirom na to da razlika nije jako značajna, možemo se poslužiti kompasom. Njegova strelica pokazuje točno na južni magnetski pol Zemlje i gotovo točno na geografski sjever. Da je kompas izumljen prije 720 000 godina, pokazivao bi i na geografski i na magnetski sjeverni pol. Ali o tome više u nastavku.
Magnetsko polje štiti stanovnike Zemlje i umjetne satelite od štetnog djelovanja kozmičkih čestica. Takve čestice uključuju, na primjer, ionizirane (nabijene) čestice Sunčevog vjetra. Magnetsko polje mijenja putanju njihovog kretanja, usmjeravajući čestice duž linija polja. Potreba za magnetskim poljem za postojanje života sužava raspon potencijalno nastanjivih planeta (ako pođemo od pretpostavke da su hipotetski mogući oblici života slični zemaljskim stanovnicima).
Znanstvenici ne isključuju da neki od zemaljskih planeta nemaju metalnu jezgru i, prema tome, lišeni su magnetskog polja. Do sada se vjerovalo da planeti, koji se sastoje od čvrstih stijena, poput Zemlje, sadrže tri glavna sloja: čvrstu koru, viskozni omotač i čvrstu ili rastaljenu željeznu jezgru. U nedavnom radu znanstvenici s Massachusetts Institute of Technology predložili su dva mogući mehanizam formiranje "kamenih" planeta bez jezgre. Ako se teoretske kalkulacije istraživača potvrde promatranjima, tada će se formula za izračun vjerojatnosti susreta s humanoidima u svemiru ili barem nečim sličnim ilustracijama iz udžbenika biologije morati ponovno napisati.
Zemljani također mogu izgubiti svoju magnetsku zaštitu. Istina, geofizičari još ne mogu točno reći kada će se to dogoditi. Činjenica je da su magnetski polovi Zemlje nestabilni. Povremeno mijenjaju mjesta. Ne tako davno, istraživači su otkrili da Zemlja "pamti" promjenu polova. Analiza takvih "sjećanja" pokazala je da su u proteklih 160 milijuna godina magnetski sjever i jug promijenili mjesta oko 100 puta. Posljednji put ovaj događaj dogodio se prije otprilike 720 tisuća godina.
Promjenu polova prati i promjena konfiguracije magnetskog polja. Tijekom "prijelaznog razdoblja" na Zemlju prodire mnogo više kozmičkih čestica opasnih po žive organizme. Jedna od hipoteza koja objašnjava izumiranje dinosaura tvrdi da su divovski gmazovi izumrli upravo tijekom sljedeće promjene polova.
Osim "tragova" planiranih aktivnosti na promjeni polova, istraživači su primijetili opasne pomake u Zemljinom magnetskom polju. Višegodišnja analiza podataka o njegovom stanju pokazala je da su se posljednjih mjeseci kod njega počele događati opasne promjene. Znanstvenici već jako dugo nisu zabilježili tako oštre "kretnje" polja. Područje koje zabrinjava istraživače nalazi se u južnom Atlantskom oceanu. "Debljina" magnetskog polja u ovom području ne prelazi trećinu "normalnog". Istraživači su dugo obraćali pozornost na ovu "rupu" u Zemljinom magnetskom polju. Podaci prikupljeni tijekom 150 godina pokazuju da je polje ovdje oslabilo za deset posto u tom razdoblju.
Na ovaj trenutak Teško je reći kako to prijeti čovječanstvu. Jedna od posljedica slabljenja jakosti polja može biti povećanje (iako neznatno) sadržaja kisika u Zemljinoj atmosferi. Veza između magnetskog polja Zemlje i ovog plina uspostavljena je pomoću satelitskog sustava Cluster, projekta Europske svemirske agencije. Znanstvenici su otkrili da magnetsko polje ubrzava ione kisika i "izbacuje" ih u svemir.
Unatoč činjenici da se magnetsko polje ne vidi, stanovnici Zemlje ga dobro osjećaju. Ptice selice, na primjer, pronalaze svoj put, fokusirajući se na njega. Postoji nekoliko hipoteza koje točno objašnjavaju kako oni osjećaju polje. Jedan od potonjih sugerira da ptice vizualno percipiraju magnetsko polje. Posebni proteini - kriptokromi - u očima ptica selica sposobni su promijeniti svoj položaj pod utjecajem magnetskog polja. Autori teorije vjeruju da kriptokromi mogu djelovati kao kompas.
Osim ptica, i morske kornjače umjesto GPS-a koriste Zemljino magnetsko polje. I, kako pokazuje analiza satelitskih fotografija prezentiranih u sklopu projekta Google Earth, krave. Nakon proučavanja fotografija 8510 krava u 308 regija svijeta, znanstvenici su zaključili da te životinje preferiraju orijentaciju tijela od sjevera prema jugu (ili juga prema sjeveru). Štoviše, "referentne točke" za krave nisu geografske, već upravo magnetski polovi Zemlje. Mehanizam percepcije magnetskog polja kod krava i razlozi takve reakcije na njega ostaju nejasni.
Osim ovih izvanrednih svojstava, magnetsko polje pridonosi pojavi aurore. Nastaju kao rezultat drastične promjene polja koja potječu iz udaljenih regija polja.
Magnetsko polje nisu zanemarili ni pristaše jedne od "teorija zavjere" - teorije lunarne prijevare. Kao što je gore spomenuto, magnetsko polje nas štiti od kozmičkih čestica. "Sakupljene" čestice nakupljaju se u određenim dijelovima polja - takozvanim Van Alenovim pojasevima zračenja. Skeptici koji ne vjeruju u realnost slijetanja na Mjesec smatraju da bi tijekom leta kroz radijacijske pojaseve astronauti primili smrtonosnu dozu zračenja.
Zemljino magnetsko polje nevjerojatna je posljedica zakona fizike, zaštitni štit, orijentir i tvorac aurore. Bez toga bi život na Zemlji mogao izgledati sasvim drugačije. Općenito, da nema magnetskog polja, trebalo bi ga izumiti.
Struktura i karakteristike Zemljinog magnetskog polja
Na maloj udaljenosti od Zemljine površine, oko tri njezina radijusa, linije magnetskog polja imaju dipolni raspored. Ovo područje se naziva Zemljina plazmasfera.
Kako se udaljavamo od površine Zemlje, tako se pojačava utjecaj Sunčevog vjetra: sa strane Sunca geomagnetsko polje se skuplja, a sa suprotne, noćne strane, rasteže se u dugi rep.
plazmosfera
Zamjetan učinak na magnetsko polje na Zemljinoj površini imaju struje u ionosferi. Ovo područje gornje atmosfere proteže se od visina od oko 100 km i više. Sadrži veliki broj ioni. Plazmu drži Zemljino magnetsko polje, ali njeno stanje je određeno međudjelovanjem Zemljinog magnetskog polja sa Sunčevim vjetrom, što objašnjava povezanost magnetskih oluja na Zemlji sa Sunčevim bakljama.
Opcije polja
Točke na Zemlji u kojima je jakost magnetskog polja okomitog smjera nazivaju se magnetskim polovima. Na Zemlji postoje dvije takve točke: sjeverni magnetski pol i južni magnetski pol.
Pravac koji prolazi kroz magnetske polove naziva se Zemljina magnetska os. Krug veliki krug u ravnini koja je okomita na magnetsku os naziva se magnetski ekvator. Jakost magnetskog polja u točkama magnetskog ekvatora ima približno vodoravan smjer.
Prosječna jakost polja na površini Zemlje je oko 0,5 Oe (40 A/m) i jako ovisi o geografska lokacija. Jakost magnetskog polja na magnetskom ekvatoru je oko 0,34 Oe (Oersted), na magnetskim polovima oko 0,66 Oe. U nekim područjima (u tzv. područjima magnetskih anomalija) napetost naglo raste. U području Kurske magnetske anomalije doseže 2 Oe.
Dipolni magnetski moment Zemlje 1995. godine iznosio je 7,812x10 25 Gs cm 3 (ili 7,812x10 22 A m 2), smanjujući se u prosjeku tijekom proteklih desetljeća za 0,004x10 25 Gs cm 3 ili 1/4000 godišnje.
Uobičajena je aproksimacija Zemljinog magnetskog polja u obliku niza harmonika – Gaussov niz.
Zemljino magnetsko polje karakteriziraju poremećaji koji se nazivaju geomagnetskim pulsacijama zbog pobuđivanja hidromagnetskih valova u Zemljinoj magnetosferi; frekvencijski raspon pulsacija proteže se od milihertza do jednog kiloherca.
magnetski meridijan
Magnetski meridijani su projekcije linija sile Zemljinog magnetskog polja na njezinu površinu; složene krivulje koje konvergiraju na sjevernom i južnom magnetskom polu Zemlje.
Hipoteze o prirodi Zemljinog magnetskog polja
Nedavno je razvijena hipoteza koja nastanak Zemljinog magnetskog polja povezuje s protokom struja u jezgri od tekućeg metala. Izračunato je da se zona u kojoj djeluje mehanizam "magnetskog dinama" nalazi na udaljenosti od 0,25-0,3 polumjera Zemlje. Sličan mehanizam stvaranja polja može se odvijati i na drugim planetima, posebice u jezgrama Jupitera i Saturna (prema nekim pretpostavkama one se sastoje od tekućeg metalnog vodika).
Promjene u Zemljinom magnetskom polju
Studije remanentne magnetizacije stečene magmatskim stijene kada se ohlade ispod Curiejeve točke, ukazuju na ponavljane preokrete Zemljinog magnetskog polja, zabilježene u trakastim magnetskim anomalijama oceanske kore, paralelnim s osima srednjooceanskih grebena.
Stvaranje trakastih magnetskih anomalija tijekom širenja.
Pomicanje Zemljinih magnetskih polova
Pomicanje magnetskih polova bilježi se od 1885. Tijekom proteklih 100 godina, magnetski pol u Južna polutka premjestio gotovo 900 km i ušao u Indijski ocean. Najnoviji podaci o stanju arktičkog magnetskog 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. - više od 150 km. Iako su ovi podaci računski, potvrđuju ih mjerenja sjevernog magnetskog pola. Od početka 2007., brzina pomicanja sjevernog magnetskog pola porasla je s 10 km/godina 1970-ih na 60 km/godina 2004. godine.
Intenzitet zemljinog magnetskog polja opada, i to neravnomjerno. U posljednje 22 godine smanjio se u prosjeku za 1,7%, au nekim regijama - na primjer, u južnom Atlantskom oceanu - za 10%. Na nekim mjestima, jakost magnetskog polja, suprotno od opći trendčak i povećao.
Ubrzanje pomicanja polova (u prosjeku 3 km/godišnje) i njihovo pomicanje duž koridora zamjene magnetskih polova (više od 400 paleoinverzija omogućilo je identificiranje tih koridora) sugerira da bi to pomicanje polova trebalo biti ne promatrati kao izlet, već kao još jedno preokretanje Zemljinog magnetskog polja.
To potvrđuje i trenutni porast kuta otvaranja vrhova (polarni prorezi u magnetosferi na sjeveru i jugu), koji je do sredine 1990-ih dosegao 45°. Radijacijski materijal sunčevog vjetra, međuplanetarnog prostora i kozmičkih zraka jurio je u proširene pukotine, uslijed čega velika količina tvari i energije, što može dovesti do dodatnog zagrijavanja polarnih kapa.
U prošlosti se više puta događala promjena magnetskih polova i život je bio sačuvan. Pitanje je po koju cijenu. Ako, kako stoji u nekim hipotezama, tijekom zamjene polova Zemljina magnetosfera nestane na neko vrijeme, tada će na Zemlju pasti tok kozmičkih zraka, što je opasno za stanovnike kopna, a tim više ako nestanak magnetosfere povezuje se s oštećenjem ozonskog omotača. Ohrabrujuće je da tijekom preokreta magnetskog polja Sunca, koji se dogodio u ožujku 2001. godine, nije zabilježen potpuni nestanak solarne magnetosfere. Potpuni ciklus Sunčeva magnetskog polja traje 22 godine.
Geomagnetske koordinate (McIlwainove koordinate)
U fizici kozmičkih zraka naširoko se koriste specifične koordinate u geomagnetskom polju, nazvane po znanstveniku Carlu McIlwainu, koji je prvi predložio njihovu upotrebu, jer se temelje na invarijantama gibanja čestica u magnetskom polju. Točku u dipolnom polju karakteriziraju dvije koordinate (L, B), gdje je L tzv. magnetska ljuska ili McIlwainov L-parametar, B je indukcija magnetskog polja (obično u Gs). Vrijednost L obično se uzima kao parametar magnetske ljuske, jednaka omjeru prosječna udaljenost stvarne magnetske ljuske od središta Zemlje u ravnini geomagnetskog ekvatora, do polumjera Zemlje.
Povijest istraživanja
Sposobnost magnetiziranih objekata da se lociraju u određenom smjeru bila je poznata Kinezima prije nekoliko tisućljeća.
Godine 1544. njemački znanstvenik Georg Hartmann otkrio je magnetsku inklinaciju. Magnetska inklinacija je kut za koji strelica pod utjecajem Zemljinog magnetskog polja odstupa od horizontalne ravnine gore ili dolje. Na hemisferi sjeverno od magnetskog ekvatora (koji se ne podudara s geografskim ekvatorom), sjeverni kraj strelice odstupa prema dolje, na jugu - obrnuto. Na samom magnetskom ekvatoru silnice magnetskog polja su paralelne sa Zemljinom površinom.
Prvi put je pretpostavku o prisutnosti Zemljinog magnetskog polja, koje uzrokuje takvo ponašanje magnetiziranih objekata, iznio engleski doktor i prirodni filozof William Gilbert 1600. godine u svojoj knjizi De Magnete, u kojoj je opisao eksperiment s kuglom magnetske rude i malom željeznom strelicom. Gilbert je došao do zaključka da je Zemlja veliki magnet. Promatranja engleskog astronoma Henryja Gellibranda pokazala su da geomagnetsko polje nije konstantno, već se sporo mijenja.
José de Acosta (jedan od utemeljitelja geofizike, prema Humboldtu) u svojoj Povijesti (1590.) prvi je imao teoriju o četiri linije bez magnetske deklinacije (opisao je upotrebu kompasa, kut deklinacije, razlike između magnetske deklinacije). i Sjeverni pol; iako su deklinacije bile poznate još u 15. stoljeću, opisao je fluktuaciju odstupanja od jedne točke do druge; identificirao je mjesta s nultim odstupanjem: na primjer, na Azorima).
Kut pod kojim magnetska igla odstupa od smjera sjever-jug naziva se magnetska deklinacija. Kristofor Kolumbo otkrio je da magnetska deklinacija ne ostaje konstantna, već se mijenja s promjenom. zemljopisne koordinate. Kolumbovo otkriće poslužilo je kao poticaj za novu studiju Zemljinog magnetskog polja: pomorcima su bile potrebne informacije o tome. Ruski znanstvenik M. V. Lomonosov 1759. godine u svom izvješću “Rasprava o velikoj točnosti pomorskog puta” dao je dragocjene savjete za povećanje točnosti očitanja kompasa. Za proučavanje zemaljskog magnetizma M. V. Lomonosov preporučio je organiziranje mreže stalnih točaka (zvjezdarnica) u kojima bi se vršila sustavna magnetska promatranja; takva bi promatranja trebalo uvelike provoditi i na moru. Lomonosovljeva ideja o organiziranju magnetskih opservatorija realizirana je tek 60 godina kasnije u Rusiji.
Godine 1831. engleski polarni istraživač John Ross otkrio je magnetski pol u kanadskom arhipelagu - područje gdje se nalazi magnetska igla okomiti položaj, odnosno nagib je 90°. Godine 1841. James Ross (nećak Johna Rossa) stigao je do drugog magnetskog pola Zemlje, koji se nalazi na Antarktici.
Carl Gauss (njem. Carl Friedrich Gauss) iznio je teoriju o nastanku Zemljinog magnetskog polja i 1839. godine dokazao da ono najvećim dijelom izlazi iz Zemlje, te treba tražiti uzrok malih, kratkih odstupanja u njegovim vrijednostima u vanjskom okruženju.
izvor - Wikipedia
Vidi također odjeljak- besplatno preuzmite knjige o astronomiji
Vidi također odjeljak- besplatno preuzmite astronomske članke i sažetke
Vidi također odjeljak- kupiti online
Vidi također odjeljak- članci iz znanstvenih časopisa
Zašto vam je potrebno magnetsko polje Zemlje, naučit ćete iz ovog članka.
Kolika je vrijednost zemljinog magnetskog polja?
Prije svega, štiti umjetne satelite i stanovnike planeta od djelovanja čestica iz svemira. To uključuje nabijene, ionizirane čestice sunčevog vjetra. Kada uđu u našu atmosferu, magnetsko polje im mijenja putanju i usmjerava ih duž linije polja.
Osim toga, zahvaljujući našem magnetskom polju ušli smo u eru novih tehnologija. Svi moderni, napredni uređaji koji rade pomoću raznih memorijskih pogona (diskova, kartica) izravno ovise o magnetskom polju. Njegova napetost i stabilnost izravno utječe na apsolutno sve informacije, računalne sustave, budući da sve informacije potrebne za njihovo ispravan rad postavljen na magnetski medij.
Stoga možemo sa sigurnošću reći da prosperitet moderna civilizacija, "održivost" njegovih tehnologija usko ovisi o stanju magnetskog polja našeg planeta.
Što je zemljino magnetsko polje?
Zemljino magnetsko polje je područje oko planeta gdje djeluju magnetske sile.
Što se tiče njegovog porijekla, ovo pitanje još uvijek nije definitivno riješena. Ali većina istraživači su skloni vjerovati da naš planet zahvaljuje prisutnosti magnetskog polja jezgri. Sastoji se od unutarnjeg čvrstog dijela i vanjskog tekućeg dijela. Rotacija Zemlje pridonosi stalnim strujama u tekućoj jezgri. A to dovodi do pojave magnetskog polja oko njih.
Većina planeta u Sunčevom sustavu ima magnetska polja u različitim stupnjevima. Poredamo li ih u niz prema smanjenju dipolnog magnetskog momenta, dobivamo sljedeću sliku: Jupiter, Saturn, Zemlja, Merkur i Mars. glavni razlog njegova pojava je prisutnost tekuće jezgre.
U prošlom stoljeću razni su znanstvenici iznijeli nekoliko pretpostavki o Zemljinom magnetskom polju. Prema jednom od njih, polje se pojavljuje kao rezultat rotacije planeta oko svoje osi.
Temelji se na neobičnom Barnet-Einsteinovom učinku, koji leži u činjenici da kada bilo koje tijelo rotira, nastaje magnetsko polje. Atomi u ovom učinku imaju vlastiti magnetski moment jer se okreću oko vlastite osi. Tako se pojavljuje Zemljino magnetsko polje. Međutim, ova hipoteza nije izdržala eksperimentalne testove. Pokazalo se da je magnetsko polje dobiveno na tako netrivijalan način nekoliko milijuna puta slabije od stvarnog.
Druga hipoteza temelji se na pojavi magnetskog polja zbog kružnog gibanja nabijenih čestica (elektrona) na površini planeta. I ona je bila nesposobna. Kretanje elektrona može uzrokovati pojavu vrlo slabog polja, štoviše, ova hipoteza ne objašnjava preokret Zemljinog magnetskog polja. Poznato je da se sjeverni magnetski pol ne poklapa sa sjevernim geografskim.
Sunčev vjetar i struje plašta
Mehanizam formiranja magnetskog polja Zemlje i drugih planeta Sunčevog sustava nije u potpunosti shvaćen i do sada ostaje misterij znanstvenicima. Međutim, jedna predložena hipoteza prilično dobro objašnjava inverziju i veličinu indukcije stvarnog polja. Temelji se na radu unutarnjih struja Zemlje i Sunčevog vjetra.
Unutarnja strujanja Zemlje teku u plaštu koji se sastoji od tvari vrlo dobre vodljivosti. Jezgra je izvor struje. Energija iz jezgre do zemljine površine prenosi se konvekcijom. Dakle, u plaštu postoji stalno kretanje tvari, koja tvori magnetsko polje prema dobro poznatom zakonu gibanja nabijenih čestica. Povežemo li njegovu pojavu samo s unutarnjim strujama, ispada da svi planeti 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 unutarnje struje uključene u formiranje Zemljinog magnetskog polja. Odavno je poznato da reagira na solarni vjetar, struju visokoenergetskih čestica koje dolaze sa Sunca kao rezultat reakcija koje se odvijaju na njegovoj površini.
Sunčev vjetar je inherentan struja(kretanje nabijenih čestica). Povučena rotacijom Zemlje, stvara kružnu struju, što dovodi do pojave Zemljinog magnetskog polja.