Il campo magnetico unico della Terra. Perché la forza del campo magnetico terrestre sta diminuendo rapidamente? (10 foto)
Un messaggio sull'argomento: "Campo magnetico" ti aiuterà a prepararti per le lezioni e ad ampliare le tue conoscenze su questo fenomeno unico.
Messaggio "Campo magnetico"
Un po' sulla storia dello studio del campo di forza. William Gilbert, uno scienziato inglese, pubblicò un libro nel 1600 intitolato "On the Magnet, Magnetic Bodies, and the Great Magnet, the Earth". In esso, ha raffigurato la Terra come un magnete gigante permanente con un proprio asse, che è diverso dall'asse di rotazione del pianeta. Oggi, questo angolo di deviazione è chiamato declinazione magnetica.
Inoltre, Hilbert ha confermato sperimentalmente la sua ipotesi. Hanno scolpito una grande palla da un magnete naturale. Avvicinando l'ago magnetico alla palla, ha dimostrato che è sempre impostato allo stesso modo della freccia sulla bussola. Cioè, lo scienziato ha concluso che il campo magnetico del nostro pianeta è simile a un campo simile di un magnete permanente.
E nel 1702, un altro scienziato E. Halley creò le prime mappe magnetiche della Terra al mondo.
Qual è il motivo per cui la Terra ha un campo magnetico? Riguarda il suo nucleo, che è un ferro rovente: è un ottimo conduttore per le correnti elettriche che sorgono all'interno del pianeta. Di per sé forma una magnetosfera che si estende per 80.000. La magnetosfera protegge la superficie terrestre da Raggi cosmici, particelle cariche, ad alta energia, che formano uno schermo. Inoltre, influisce sulla natura del tempo.
Ci sono cambiamenti nel campo magnetico terrestre?
Già nel 1635, lo scienziato Gellibrand stabilì che il campo magnetico del pianeta è mutevole. Poco dopo, è stato stabilito che questi cambiamenti sono a breve termine e permanenti.
La ragione del cambiamento costante sono i depositi di minerali. Ad esempio, ci sono territori sul pianeta in cui i depositi di minerali di ferro distorcono fortemente il campo magnetico terrestre (anomalia magnetica di Kursk). La ragione dei cambiamenti a breve termine è l'effetto del "vento solare", cioè il flusso di particelle cariche emesse dal Sole. È così che si verificano le tempeste magnetiche.
L'influenza del campo di forza magnetica sugli organismi viventi
Il campo magnetico del nostro pianeta aiuta molti animali a navigare nello spazio. Ad esempio, i batteri marini preferiscono stabilirsi solo ad angolo rispetto alle linee di campo. Ciò è dovuto al fatto che nel loro corpo ci sono piccole particelle ferromagnetiche. Ma gli insetti si trovano esclusivamente nella direzione lungo o attraverso le linee magnetiche.
Uccelli migratori sono anche guidati dal campo magnetico terrestre. Gli scienziati hanno recentemente scoperto fatto meraviglioso: nella zona degli occhi hanno un piccolo campo di tessuto, una specie di bussola, in cui si trovano i cristalli di magnetite. Hanno la capacità di essere magnetizzati in un campo magnetico, orientandosi così nello spazio. È stato anche dimostrato che influisce sulla crescita delle piante.
Ci auguriamo che il rapporto "Campo magnetico terrestre" ti abbia aiutato a prepararti per le lezioni. E puoi lasciare il tuo messaggio sul campo magnetico tramite il modulo di commento qui sotto.
Il contenuto dell'articolo
IL CAMPO MAGNETICO DELLA TERRA. La maggior parte dei pianeti sistema solare hanno campi magnetici a vari livelli. In ordine decrescente di momento magnetico dipolare, Giove e Saturno sono al primo posto, seguiti da Terra, Mercurio e Marte, e in relazione al momento magnetico terrestre il valore dei loro momenti è 20.000, 500, 1, 3/ 5000 3/10000. Il momento magnetico di dipolo della Terra nel 1970 era di 7,98·10 25 G/cm 3 (o 8,3·10 22 A.m 2), diminuendo nel decennio di 0,04·10 25 G/cm 3 . L'intensità media del campo sulla superficie è di circa 0,5 Oe (5 10 -5 T). La forma del campo magnetico principale della Terra a distanze inferiori a tre raggi è vicina al campo di un dipolo magnetico equivalente. Il suo centro è spostato rispetto al centro della Terra nella direzione di 18° N. di latitudine. e 147,8° E. e) L'asse di questo dipolo è inclinato rispetto all'asse di rotazione della Terra di 11,5°. Allo stesso angolo, i poli geomagnetici sono separati dai corrispondenti poli geografici. Allo stesso tempo, il polo geomagnetico sud si trova nell'emisfero settentrionale. Attualmente si trova vicino al polo nord geografico della Terra nel nord della Groenlandia. Le sue coordinate sono j = 78.6 + 0.04° T NL, l = 70.1 + 0.07° T W, dove T è il numero di decenni dal 1970. Al polo nord magnetico, j = 75° S, l = 120,4°E (in Antartide). Le vere linee del campo magnetico terrestre sono mediamente vicine alle linee di forza di questo dipolo, differendo da esse per irregolarità locali associate alla presenza di rocce magnetizzate nella crosta. A seguito di variazioni secolari, il polo geomagnetico precede rispetto al polo geografico con un periodo di circa 1200 anni. A grandi distanze, il campo magnetico terrestre è asimmetrico. Sotto l'azione del flusso di plasma (vento solare) emanato dal Sole, il campo magnetico terrestre viene distorto e acquista una "coda" in direzione del Sole, che si estende per centinaia di migliaia di chilometri, andando oltre l'orbita del Sole Luna.
Una sezione speciale della geofisica che studia l'origine e la natura del campo magnetico terrestre si chiama geomagnetismo. Il geomagnetismo considera i problemi dell'emergenza e dell'evoluzione della componente principale e costante campo geomagnetico, la natura della componente variabile (circa l'1% del campo principale), così come la struttura della magnetosfera - gli strati di plasma magnetizzato più in alto dell'atmosfera terrestre che interagiscono con il vento solare e proteggere la Terra dalla radiazione cosmica penetrante. Un compito importante è studiare i modelli delle variazioni del campo geomagnetico, poiché sono causati da influenze esterne associate principalmente all'attività solare. .
Origine del campo magnetico.
Le proprietà osservate del campo magnetico terrestre sono coerenti con il concetto della sua origine dovuta al meccanismo della dinamo idromagnetica. In questo processo, il campo magnetico iniziale si rafforza come risultato di movimenti (solitamente convettivi o turbolenti) di materia elettricamente conduttiva nel nucleo liquido del pianeta o nel plasma della stella. Ad una temperatura di una sostanza di diverse migliaia di K, la sua conducibilità è sufficientemente elevata in modo che i movimenti convettivi che si verificano anche in un mezzo debolmente magnetizzato possono eccitare correnti elettriche variabili che, secondo le leggi dell'induzione elettromagnetica, possono creare nuovi campi magnetici. Lo smorzamento di questi campi crea energia termica (secondo la legge di Joule) o porta all'emergere di nuovi campi magnetici. A seconda della natura dei movimenti, questi campi possono indebolire o rafforzare i campi originali. Per rafforzare il campo è sufficiente una certa asimmetria dei movimenti. Così, condizione necessaria la dinamo idromagnetica è la presenza stessa di movimenti in un mezzo conduttore, ed è sufficiente la presenza di una certa asimmetria (elicità) flussi interni ambiente. Quando queste condizioni sono soddisfatte, il processo di amplificazione continua fino a quando le perdite di calore Joule, che aumentano con l'aumentare dell'intensità della corrente, bilanciano l'afflusso di energia dovuto ai moti idrodinamici.
Effetto dinamo: autoeccitazione e mantenimento dei campi magnetici in uno stato stazionario dovuto al movimento di un liquido conduttivo o plasma gassoso. Il suo meccanismo è simile alla generazione di corrente elettrica e campo magnetico in una dinamo autoeccitata. L'effetto dinamo è associato all'origine dei propri campi magnetici del Sole della Terra e dei pianeti, nonché dei loro campi locali, ad esempio i campi delle macchie e delle regioni attive.
Componenti del campo geomagnetico.
Il campo magnetico terrestre (campo geomagnetico) può essere suddiviso nelle seguenti tre parti principali.
1. Il campo magnetico principale della Terra, che subisce lenti cambiamenti nel tempo (variazioni secolari) con periodi da 10 a 10.000 anni, concentrati negli intervalli di 10–20, 60–100, 600–1200 e 8000 anni. Quest'ultimo è associato a una variazione del momento magnetico del dipolo di un fattore 1,5–2.
2. Anomalie mondiali - deviazioni dal dipolo equivalente fino al 20% dell'intensità delle singole aree con dimensioni caratteristiche fino a 10.000 km. Questi campi anomali sperimentano variazioni secolari che portano a cambiamenti nel tempo nel corso di molti anni e secoli. Esempi di anomalie: brasiliano, canadese, siberiano, Kursk. Nel corso delle variazioni secolari, le anomalie del mondo si spostano, si disintegrano e riappaiono. Alle basse latitudini c'è deriva occidentale in longitudine ad una velocità di 0,2° all'anno.
3. Campi magnetici di regioni locali di gusci esterni con una lunghezza da diverse a centinaia di chilometri. Sono dovuti alla magnetizzazione delle rocce nello strato superiore della Terra, che compongono la crosta terrestre e vicino alla superficie. Uno dei più potenti è l'anomalia magnetica di Kursk.
4. Il campo magnetico alternato della Terra (chiamato anche esterno) è determinato da sorgenti sotto forma di sistemi di corrente situati all'esterno superficie terrestre e nella sua atmosfera. Le fonti principali di tali campi e dei loro cambiamenti sono i flussi corpuscolari di plasma magnetizzato provenienti dal Sole insieme al vento solare e che formano la struttura e la forma della magnetosfera terrestre.
La struttura del campo magnetico dell'atmosfera terrestre.
Il campo magnetico terrestre è influenzato dal flusso di plasma solare magnetizzato. Come risultato dell'interazione con il campo terrestre, si forma il confine esterno del campo magnetico vicino alla Terra, chiamato magnetopausa. Limita la magnetosfera terrestre. A causa dell'impatto dei flussi corpuscolari solari, le dimensioni e la forma della magnetosfera cambiano costantemente e si forma un campo magnetico alternato, determinato da fonti esterne. La sua variabilità deve la sua origine ai sistemi attuali che si sviluppano a diverse altezze dagli strati inferiori della ionosfera alla magnetopausa. Cambiamenti nel campo magnetico terrestre nel tempo causati da ragioni varie, sono chiamate variazioni geomagnetiche, che si differenziano sia per la durata che per la localizzazione sulla Terra e nella sua atmosfera.
La magnetosfera è una regione dello spazio vicino alla Terra controllata dal campo magnetico terrestre. La magnetosfera si forma come risultato dell'interazione del vento solare con il plasma dell'alta atmosfera e il campo magnetico terrestre. La forma della magnetosfera è una cavità e una coda lunga, che ripetono la forma delle linee del campo magnetico. Il punto subsolare si trova in media a una distanza di 10 raggi terrestri e la coda magnetica si estende oltre l'orbita della Luna. La topologia della magnetosfera è determinata dalle regioni di intrusione del plasma solare nella magnetosfera e dalla natura dei sistemi attuali.
Si forma la coda della magnetosfera le linee di forza del campo magnetico terrestre, emergenti dalle regioni polari e allungate sotto l'azione del vento solare per centinaia di raggi terrestri dal Sole al lato notturno della Terra. Di conseguenza, il plasma del vento solare e i flussi corpuscolari solari, per così dire, scorrono attorno alla magnetosfera terrestre, conferendole una peculiare forma a coda. Nella coda della magnetosfera, a grandi distanze dalla Terra, l'intensità del campo magnetico terrestre, e quindi le loro proprietà protettive, sono indebolite e alcune particelle del plasma solare sono in grado di penetrare ed entrare nella magnetosfera terrestre e nel campo magnetico trappole delle fasce di radiazione. Penetrando in parte di testa magnetosfera nella regione degli ovali dell'aurora sotto l'influenza della variazione della pressione del vento solare e del campo interplanetario, la coda funge da luogo per la formazione di flussi di particelle precipitanti che provocano aurore e correnti aurorali. La magnetosfera è separata dallo spazio interplanetario dalla magnetopausa. Lungo la magnetopausa, particelle di flussi corpuscolari scorrono intorno alla magnetosfera. L'influenza del vento solare sul campo magnetico terrestre è talvolta molto forte. magnetopausa – il confine esterno della magnetosfera terrestre (o del pianeta), su cui la pressione dinamica del vento solare è bilanciata dalla pressione del proprio campo magnetico. Con i tipici parametri del vento solare, il punto subsolare si trova a 9-11 raggi terrestri dal centro della Terra. Durante il periodo di perturbazioni magnetiche sulla Terra, la magnetopausa può andare oltre l'orbita geostazionaria (6,6 raggi terrestri). Quando il vento solare è debole, il punto subsolare si trova a una distanza di 15-20 raggi terrestri.
Vento soleggiato -
deflusso del plasma della corona solare nello spazio interplanetario. A livello dell'orbita terrestre velocità media particelle del vento solare (protoni ed elettroni) sono circa 400 km/s, il numero di particelle è di diverse decine per 1 cm 3 .
Tempesta magnetica.
Le caratteristiche locali del campo magnetico cambiano e fluttuano a volte per molte ore, e poi vengono ripristinate al livello precedente. Questo fenomeno è chiamato tempesta magnetica. Le tempeste magnetiche spesso iniziano improvvisamente e in tutto il mondo contemporaneamente.
variazioni geomagnetiche.
I cambiamenti nel campo magnetico terrestre nel tempo sotto l'influenza di vari fattori sono chiamati variazioni geomagnetiche. La differenza tra il valore osservato dell'intensità del campo magnetico e il suo valore medio su un lungo periodo di tempo, ad esempio un mese o un anno, è chiamata variazione geomagnetica. Secondo le osservazioni, le variazioni geomagnetiche cambiano continuamente nel tempo e tali cambiamenti sono spesso periodici.
variazioni giornaliere. Le variazioni giornaliere del campo geomagnetico si verificano regolarmente, principalmente a causa delle correnti nella ionosfera terrestre causate dai cambiamenti nell'illuminazione della ionosfera terrestre da parte del Sole durante il giorno.
variazioni irregolari. Variazioni irregolari nel campo magnetico sorgono a causa dell'influenza del flusso di plasma solare (solar vento) sulla magnetosfera terrestre, così come i cambiamenti all'interno della magnetosfera e l'interazione della magnetosfera con la ionosfera.
Variazioni di 27 giorni. Esistono variazioni di 27 giorni come tendenza a ripetere l'aumento dell'attività geomagnetica ogni 27 giorni, corrispondente al periodo di rotazione del Sole rispetto all'osservatore terrestre. Questo modello è associato all'esistenza di regioni attive di lunga durata sul Sole, osservate durante diverse rotazioni del Sole. Questo modello si manifesta sotto forma di una ricorrenza di 27 giorni di attività magnetica e tempeste magnetiche.
Variazioni stagionali. Le variazioni stagionali dell'attività magnetica vengono rivelate con sicurezza sulla base dei dati medi mensili sull'attività magnetica ottenuti elaborando le osservazioni per diversi anni. La loro ampiezza aumenta con la crescita dell'attività magnetica totale. Si trova che le variazioni stagionali dell'attività magnetica hanno due massimi, corrispondenti ai periodi degli equinozi, e due minimi, corrispondenti ai periodi dei solstizi. La ragione di queste variazioni è la formazione di regioni attive sul Sole, raggruppate in zone comprese tra 10 e 30° di latitudine eliografica settentrionale e meridionale. Pertanto, durante i periodi degli equinozi, quando i piani dell'equatore terrestre e solare coincidono, la Terra è maggiormente esposta all'azione delle regioni attive sul Sole.
Variazioni di 11 anni. La connessione tra l'attività solare e l'attività magnetica si manifesta più chiaramente quando si confrontano lunghe serie di osservazioni che sono multipli di periodi di 11 anni di attività solare. La misura più nota dell'attività solare è il numero di macchie solari. Si è scoperto che durante gli anni del numero massimo di macchie solari, anche l'attività magnetica raggiunge il suo valore massimo, tuttavia, l'aumento dell'attività magnetica è in qualche modo in ritardo rispetto all'aumento dell'attività solare, così che in media questo ritardo è di un anno.
Variazioni di età- lente variazioni degli elementi del magnetismo terrestre con periodi di diversi anni o più. A differenza delle variazioni diurne, stagionali e di altra origine esterna, le variazioni secolari sono associate a fonti che si trovano all'interno del nucleo terrestre. L'ampiezza delle variazioni secolari raggiunge le decine di nT/anno; le variazioni dei valori medi annui di tali elementi sono chiamate variazione secolare. Le isolinee delle variazioni secolari sono concentrate attorno a diversi punti: i centri o fuochi della variazione secolare, in questi centri l'entità della variazione secolare raggiunge i suoi valori massimi.
Fasce di radiazione e raggi cosmici.
Le cinture di radiazione della Terra sono due regioni dello spazio vicino alla Terra più vicino, che circondano la Terra sotto forma di trappole magnetiche chiuse.
Contengono enormi flussi di protoni ed elettroni catturati dal campo magnetico dipolare della Terra. Il campo magnetico terrestre ha una forte influenza sulle particelle elettricamente cariche che si muovono nello spazio vicino alla Terra. Ci sono due fonti principali di queste particelle: i raggi cosmici, cioè elettroni, protoni e nuclei energetici (da 1 a 12 GeV). elementi pesanti, arrivando quasi alla velocità della luce, principalmente da altre parti della Galassia. E flussi corpuscolari di particelle cariche meno energetiche (10 5 -10 6 eV) espulse dal Sole. In un campo magnetico, le particelle elettriche si muovono a spirale; la traiettoria della particella, per così dire, si avvolge attorno a un cilindro, lungo l'asse del quale passa una linea di forza. Il raggio di questo cilindro immaginario dipende dall'intensità del campo e dall'energia delle particelle. Maggiore è l'energia della particella, maggiore è il raggio (è chiamato raggio di Larmor) per una data intensità di campo. Se il raggio di Larmor è molto più piccolo del raggio della Terra, la particella non raggiunge la sua superficie, ma viene catturata dal campo magnetico terrestre. Se il raggio di Larmor è molto più grande del raggio della Terra, la particella si muove come se non ci fosse campo magnetico, le particelle penetrano nel campo magnetico terrestre nelle regioni equatoriali se la loro energia è maggiore di 10 9 eV. Tali particelle invadono l'atmosfera e, in caso di collisione con i suoi atomi, provocano trasformazioni nucleari, che producono una certa quantità di raggi cosmici secondari. Questi raggi cosmici secondari vengono già registrati sulla superficie terrestre. Per studiare i raggi cosmici nella loro forma originale (raggi cosmici primari), vengono sollevate apparecchiature su razzi e satelliti terrestri artificiali. Circa il 99% delle particelle energetiche che "perforano" lo schermo magnetico terrestre sono raggi cosmici di origine galattica, e solo circa l'1% si forma sul Sole. Il campo magnetico terrestre regge numero enorme particelle energetiche, sia elettroni che protoni. La loro energia e concentrazione dipendono dalla distanza dalla Terra e dalla latitudine geomagnetica. Le particelle riempiono, per così dire, enormi anelli o cinture che coprono la Terra attorno all'equatore geomagnetico.
Edward Kononovich
IN Gli ultimi giorni Molte notizie sul campo magnetico terrestre sono apparse sui siti di informazione scientifica. Ad esempio, la notizia che recentemente è cambiata in modo significativo, o che il campo magnetico contribuisce alla fuoriuscita di ossigeno dall'atmosfera terrestre, e persino che le mucche si orientano lungo le linee del campo magnetico nei pascoli. Cos'è il campo magnetico e quanto sono importanti tutte le notizie di cui sopra?
- Questa è l'area intorno al nostro pianeta in cui agiscono le forze magnetiche. La questione dell'origine del campo magnetico non è stata ancora definitivamente risolta. Tuttavia, la maggior parte dei ricercatori concorda sul fatto che la presenza del campo magnetico terrestre sia almeno in parte dovuta al suo nucleo. Il nucleo della Terra è costituito da una parte interna solida e da una parte esterna liquida. La rotazione della Terra crea correnti costanti nel nucleo liquido. Come il lettore ricorderà dalle lezioni di fisica, il movimento delle cariche elettriche provoca la comparsa di un campo magnetico attorno ad esse.
Una delle teorie più comuni che spiegano la natura del campo, la teoria dell'effetto dinamo, presuppone che i movimenti convettivi o turbolenti di un fluido conduttore nel nucleo contribuiscano all'autoeccitazione e al mantenimento del campo in uno stato stazionario.
La terra può essere considerata come un dipolo magnetico. Il suo polo sud si trova al Polo Nord geografico e il nord, rispettivamente, al Sud. Infatti i poli geografici e magnetici della Terra non coincidono non solo in "direzione". L'asse del campo magnetico è inclinato rispetto all'asse di rotazione della Terra di 11,6 gradi. A causa del fatto che la differenza non è molto significativa, possiamo usare una bussola. La sua freccia punta esattamente al polo magnetico sud della Terra e quasi esattamente al nord geografico. Se la bussola fosse stata inventata 720.000 anni fa, avrebbe indicato sia il polo nord geografico che quello magnetico. Ma ne parleremo più avanti.
Il campo magnetico protegge gli abitanti della Terra e i satelliti artificiali dagli effetti nocivi delle particelle cosmiche. Tali particelle includono, ad esempio, particelle ionizzate (cariche) del vento solare. Il campo magnetico cambia la traiettoria del loro movimento, dirigendo le particelle lungo le linee del campo. La necessità di un campo magnetico per l'esistenza della vita restringe la gamma di pianeti potenzialmente abitabili (se procediamo dal presupposto che le forme di vita ipoteticamente possibili siano simili agli abitanti terrestri).
Gli scienziati non escludono che alcuni dei pianeti terrestri non abbiano un nucleo metallico e, di conseguenza, siano privi di campo magnetico. Fino ad ora si credeva che i pianeti, costituiti da rocce solide, come la Terra, contenessero tre strati principali: una crosta solida, un mantello viscoso e un nucleo di ferro solido o fuso. In un recente articolo, gli scienziati del Massachusetts Institute of Technology ne hanno proposti due meccanismo possibile formazione di pianeti "rocciosi" senza nucleo. Se i calcoli teorici dei ricercatori sono confermati dalle osservazioni, allora la formula per calcolare la probabilità di incontrare umanoidi nell'Universo, o almeno qualcosa che assomigli alle illustrazioni di un libro di testo di biologia, dovrà essere riscritta.
Anche i terrestri possono perdere la loro protezione magnetica. È vero, i geofisici non possono ancora dire esattamente quando ciò accadrà. Il fatto è che i poli magnetici della Terra sono instabili. Periodicamente cambiano posto. Non molto tempo fa, i ricercatori hanno scoperto che la Terra "ricorda" il cambiamento dei poli. Un'analisi di tali "ricordi" ha mostrato che negli ultimi 160 milioni di anni, il nord magnetico e il sud hanno cambiato posto circa 100 volte. Ultima volta questo evento è accaduto circa 720 mila anni fa.
Il cambio di poli è accompagnato da un cambiamento nella configurazione del campo magnetico. Durante il "periodo di transizione" molte più particelle cosmiche pericolose per gli organismi viventi penetrano nella Terra. Una delle ipotesi che spiegano l'estinzione dei dinosauri afferma che i rettili giganti si estinsero proprio durante il successivo cambio di poli.
Oltre alle "tracce" di attività pianificate per cambiare i poli, i ricercatori hanno notato pericolosi spostamenti nel campo magnetico terrestre. Un'analisi dei dati sulle sue condizioni nel corso di diversi anni ha mostrato che negli ultimi mesi hanno cominciato a verificarsi in lui pericolosi cambiamenti. Gli scienziati non registrano "movimenti" così bruschi del campo da molto tempo. L'area di preoccupazione per i ricercatori si trova nell'Oceano Atlantico meridionale. Lo "spessore" del campo magnetico in questa regione non supera un terzo di quello "normale". I ricercatori hanno a lungo prestato attenzione a questo "buco" nel campo magnetico terrestre. I dati raccolti in oltre 150 anni mostrano che il campo qui si è indebolito del dieci percento in questo periodo.
SU questo momentoÈ difficile dire come questo minacci l'umanità. Una delle conseguenze dell'indebolimento dell'intensità del campo potrebbe essere un aumento (anche se insignificante) del contenuto di ossigeno nell'atmosfera terrestre. La connessione tra il campo magnetico terrestre e questo gas è stata stabilita utilizzando il sistema satellitare Cluster, un progetto dell'Agenzia spaziale europea. Gli scienziati hanno scoperto che il campo magnetico accelera gli ioni di ossigeno e li "getta" nello spazio.
Nonostante il campo magnetico non sia visibile, gli abitanti della Terra lo sentono bene. Gli uccelli migratori, ad esempio, trovano la loro strada, concentrandosi su di essa. Ci sono diverse ipotesi che spiegano esattamente come si sentono sul campo. Uno di questi suggerisce che gli uccelli percepiscono visivamente il campo magnetico. Proteine speciali - criptocromi - agli occhi degli uccelli migratori sono in grado di cambiare posizione sotto l'influenza di un campo magnetico. Gli autori della teoria ritengono che i criptocromi possano fungere da bussola.
Oltre agli uccelli, le tartarughe marine utilizzano il campo magnetico terrestre anziché il GPS. E, come dimostra l'analisi delle fotografie satellitari presentate nell'ambito del progetto Google Earth, le mucche. Dopo aver studiato le fotografie di 8510 mucche in 308 regioni del mondo, gli scienziati hanno concluso che questi animali orientano preferenzialmente i loro corpi da nord a sud (o da sud a nord). Inoltre i “punti di riferimento” per le mucche non sono geografici, ma proprio i poli magnetici della Terra. Il meccanismo della percezione del campo magnetico da parte delle mucche e le ragioni di tale reazione ad esso rimangono poco chiare.
Oltre a queste notevoli proprietà, il campo magnetico contribuisce alla comparsa delle aurore. Nascono di conseguenza cambiamenti drastici campi originari di regioni remote del campo.
Il campo magnetico non è stato ignorato dai sostenitori di una delle "teorie del complotto": la teoria della bufala lunare. Come accennato in precedenza, il campo magnetico ci protegge dalle particelle cosmiche. Le particelle "raccolte" si accumulano in alcune parti del campo, le cosiddette fasce di radiazione di Van Alen. Gli scettici che non credono nella realtà degli sbarchi sulla luna credono che durante il volo attraverso le fasce di radiazioni, gli astronauti riceverebbero una dose letale di radiazioni.
Il campo magnetico terrestre è una sorprendente conseguenza delle leggi della fisica, uno scudo protettivo, punto di riferimento e creatore delle aurore. Senza di esso, la vita sulla Terra potrebbe apparire molto diversa. In generale, se non ci fosse il campo magnetico, bisognerebbe inventarlo.
La struttura e le caratteristiche del campo magnetico terrestre
A una piccola distanza dalla superficie terrestre, circa tre dei suoi raggi, le linee del campo magnetico hanno una disposizione simile a un dipolo. Questa regione è chiamata plasmasfera terrestre.
Man mano che ci allontaniamo dalla superficie terrestre, l'influenza del vento solare si intensifica: dal lato del Sole il campo geomagnetico si contrae e dal lato opposto, notturno, si allunga in una lunga coda.
plasmasfera
Un notevole effetto sul campo magnetico sulla superficie terrestre è esercitato dalle correnti nella ionosfera. Questa regione dell'atmosfera superiore si estende da altitudini di circa 100 km e oltre. Contiene un gran numero di ioni. Il plasma è trattenuto dal campo magnetico terrestre, ma il suo stato è determinato dall'interazione del campo magnetico terrestre con il vento solare, il che spiega la connessione delle tempeste magnetiche sulla Terra con i brillamenti solari.
Opzioni campo
I punti della Terra in cui l'intensità del campo magnetico ha una direzione verticale sono chiamati poli magnetici. Ci sono due di questi punti sulla Terra: il polo magnetico nord e il polo magnetico sud.
La retta passante per i poli magnetici si chiama asse magnetico terrestre. Cerchio grande cerchio in un piano perpendicolare all'asse magnetico si chiama equatore magnetico. L'intensità del campo magnetico nei punti dell'equatore magnetico ha una direzione approssimativamente orizzontale.
L'intensità di campo media sulla superficie terrestre è di circa 0,5 Oe (40 A/m) e dipende fortemente da posizione geografica. L'intensità del campo magnetico all'equatore magnetico è di circa 0,34 Oe (Oersted), ai poli magnetici è di circa 0,66 Oe. In alcune zone (nelle cosiddette regioni di anomalie magnetiche), la tensione aumenta bruscamente. Nella regione dell'anomalia magnetica di Kursk, raggiunge 2 Oe.
Il momento magnetico di dipolo della Terra nel 1995 era di 7,812x10 25 Gs cm 3 (o 7,812x10 22 A m 2), diminuendo in media negli ultimi decenni di 0,004x10 25 Gs cm 3 o 1/4000 all'anno.
È comune l'approssimazione del campo magnetico terrestre sotto forma di una serie di armoniche: la serie gaussiana.
Il campo magnetico terrestre è caratterizzato da perturbazioni chiamate pulsazioni geomagnetiche dovute all'eccitazione delle onde idromagnetiche nella magnetosfera terrestre; la gamma di frequenza delle pulsazioni si estende da millihertz a un kilohertz.
meridiano magnetico
I meridiani magnetici sono le proiezioni delle linee di forza del campo magnetico terrestre sulla sua superficie; curve complesse che convergono ai poli magnetici nord e sud della Terra.
Ipotesi sulla natura del campo magnetico terrestre
Recentemente è stata sviluppata un'ipotesi che collega l'emergere del campo magnetico terrestre al flusso di correnti in un nucleo di metallo liquido. Si calcola che la zona in cui opera il meccanismo della "dinamo magnetica" si trovi a una distanza di 0,25-0,3 del raggio terrestre. Un meccanismo simile di generazione del campo può avvenire anche su altri pianeti, in particolare nei nuclei di Giove e Saturno (secondo alcune ipotesi sono costituiti da idrogeno metallico liquido).
Variazioni del campo magnetico terrestre
Studi sulla magnetizzazione residua acquisita da ignee rocce quando si raffreddano al di sotto del punto di Curie, indicano ripetute inversioni del campo magnetico terrestre, registrate nelle anomalie magnetiche a striscia della crosta oceanica, parallele agli assi delle dorsali medio-oceaniche.
Formazione di anomalie magnetiche a banda durante la diffusione.
Lo spostamento dei poli magnetici terrestri
Lo spostamento dei poli magnetici è stato registrato dal 1885. Negli ultimi 100 anni, il polo magnetico in emisfero sud si è spostato di quasi 900 km ed è entrato nell'Oceano Indiano. Gli ultimi dati sullo stato del polo magnetico artico (in movimento verso l'anomalia magnetica mondiale della Siberia orientale attraverso l'Oceano Artico) hanno mostrato che dal 1973 al 1984 la sua portata era di 120 km, dal 1984 al 1994 - più di 150 km. Sebbene questi dati siano calcolati, sono confermati dalle misurazioni del polo nord magnetico. All'inizio del 2007, la velocità di deriva del polo nord magnetico è aumentata da 10 km/anno negli anni '70 a 60 km/anno nel 2004.
L'intensità del campo magnetico terrestre sta diminuendo e in modo non uniforme. Negli ultimi 22 anni è diminuito in media dell'1,7% e in alcune regioni, ad esempio nell'Oceano Atlantico meridionale, del 10%. In alcuni luoghi, la forza del campo magnetico, contrariamente a andamento generale addirittura aumentato.
L'accelerazione del movimento dei poli (mediamente di 3 km/anno) e il loro movimento lungo i corridoi di inversione dei poli magnetici (più di 400 paleoinversioni hanno permesso di identificare questi corridoi) suggerisce che questo movimento dei poli dovrebbe essere visto non come un'escursione, ma come un'altra inversione del campo magnetico terrestre.
Ciò è confermato anche dall'attuale aumento dell'angolo di apertura delle cuspidi (fessure polari nella magnetosfera a nord ea sud), che ha raggiunto i 45° a metà degli anni '90. Il materiale di radiazione del vento solare, dello spazio interplanetario e dei raggi cosmici si è precipitato nelle fessure espanse, a seguito delle quali grande quantità materia ed energia, che possono portare a un ulteriore riscaldamento delle calotte polari.
In passato, le inversioni dei poli magnetici si sono verificate molte volte e la vita è stata preservata. La domanda è a che prezzo. Se, come affermato in alcune ipotesi, durante l'inversione dei poli, la magnetosfera terrestre scompare per qualche tempo, allora un flusso di raggi cosmici cadrà sulla Terra, il che è pericoloso per gli abitanti della terra e tanto più se la scomparsa della magnetosfera è associata all'esaurimento dello strato di ozono. È incoraggiante che durante l'inversione del campo magnetico del Sole, avvenuta nel marzo 2001, non sia stata registrata la completa scomparsa della magnetosfera solare. Il ciclo completo del campo magnetico del Sole è di 22 anni.
Coordinate geomagnetiche (coordinate McIlwain)
Nella fisica dei raggi cosmici sono ampiamente utilizzate coordinate specifiche nel campo geomagnetico, che prendono il nome dallo scienziato Carl McIlwain, che per primo ne propose l'uso, poiché si basano sulle invarianti del moto delle particelle in un campo magnetico. Un punto in un campo dipolare è caratterizzato da due coordinate (L, B), dove L è il cosiddetto guscio magnetico, o parametro L di McIlwain, B è l'induzione del campo magnetico (solitamente in Gs). Il valore L è solitamente preso come parametro del guscio magnetico, uguale al rapporto la distanza media del guscio magnetico reale dal centro della Terra nel piano dell'equatore geomagnetico, al raggio della Terra.
Storia della ricerca
La capacità degli oggetti magnetizzati di essere posizionati in una certa direzione era nota ai cinesi diversi millenni fa.
Nel 1544, lo scienziato tedesco Georg Hartmann scoprì l'inclinazione magnetica. L'inclinazione magnetica è l'angolo al quale la freccia sotto l'influenza del campo magnetico terrestre devia dal piano orizzontale verso l'alto o verso il basso. Nell'emisfero a nord dell'equatore magnetico (che non coincide con l'equatore geografico), l'estremità settentrionale della freccia devia verso il basso, a sud - viceversa. All'equatore magnetico stesso, le linee del campo magnetico sono parallele alla superficie terrestre.
Per la prima volta, l'ipotesi sulla presenza del campo magnetico terrestre, che provoca un tale comportamento degli oggetti magnetizzati, è stata espressa da medico inglese e il filosofo naturale William Gilbert nel 1600 nel suo libro De Magnete, in cui descriveva un esperimento con una palla di minerale magnetico e una piccola freccia di ferro. Gilbert è giunto alla conclusione che la Terra è un grande magnete. Le osservazioni dell'astronomo inglese Henry Gellibrand hanno mostrato che il campo geomagnetico non è costante, ma cambia lentamente.
José de Acosta (uno dei Fondatori della Geofisica, secondo Humboldt) nella sua Storia (1590) ebbe per primo la teoria delle quattro linee senza declinazione magnetica (descrisse l'uso della bussola, l'angolo di declinazione, le differenze tra la e il Polo Nord; sebbene le declinazioni fossero note già nel XV secolo, descrisse la fluttuazione delle deviazioni da un punto all'altro; identificò luoghi con deviazione zero: ad esempio, nelle Azzorre).
L'angolo al quale l'ago magnetico devia dalla direzione nord-sud è chiamato declinazione magnetica. Cristoforo Colombo ha scoperto che la declinazione magnetica non rimane costante, ma cambia con il cambiamento. coordinate geografiche. La scoperta di Colombo servì da impulso per un nuovo studio del campo magnetico terrestre: i marinai avevano bisogno di informazioni al riguardo. Lo scienziato russo M. V. Lomonosov nel 1759, nel suo rapporto "Discorso sulla grande precisione della rotta marittima", diede preziosi consigli per aumentare l'accuratezza delle letture della bussola. Per studiare il magnetismo terrestre, M. V. Lomonosov raccomandava di organizzare una rete di punti permanenti (osservatori) in cui effettuare osservazioni magnetiche sistematiche; tali osservazioni dovrebbero essere ampiamente effettuate anche in mare. L'idea di Lomonosov di organizzare osservatori magnetici fu realizzata solo 60 anni dopo in Russia.
Nel 1831, l'esploratore polare inglese John Ross scoprì il polo magnetico nell'arcipelago canadese, l'area occupata dall'ago magnetico posizione verticale, cioè l'inclinazione è di 90°. Nel 1841, James Ross (nipote di John Ross) raggiunse l'altro polo magnetico della Terra, situato in Antartide.
Carl Gauss (tedesco Carl Friedrich Gauss) avanzò una teoria sull'origine del campo magnetico terrestre e nel 1839 dimostrò che la maggior parte di esso esce dalla Terra e si deve ricercare la causa di piccole, brevi deviazioni nei suoi valori nell'ambiente esterno.
fonte - Wikipedia
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Perché hai bisogno del campo magnetico terrestre, imparerai da questo articolo.
Qual è il valore del campo magnetico terrestre?
Innanzitutto protegge i satelliti artificiali e gli abitanti del pianeta dall'azione delle particelle provenienti dallo spazio. Questi includono particelle cariche e ionizzate del vento solare. Quando entrano nella nostra atmosfera, il campo magnetico cambia la loro traiettoria e li dirige lungo la linea del campo.
Inoltre, siamo entrati nell'era delle nuove tecnologie grazie al nostro campo magnetico. Tutti i dispositivi moderni e avanzati che funzionano utilizzando una varietà di unità di memoria (dischi, schede) dipendono direttamente dal campo magnetico. La sua tensione e stabilità influenzano direttamente assolutamente tutte le informazioni, i sistemi informatici, poiché tutte le informazioni necessarie per loro corretto funzionamento posizionato su supporto magnetico.
Pertanto, possiamo dire con sicurezza che la prosperità civiltà moderna, la "vitalità" delle sue tecnologie dipende strettamente dallo stato del campo magnetico del nostro pianeta.
Qual è il campo magnetico terrestre?
Campo magnetico terrestreè un'area intorno al pianeta in cui agiscono le forze magnetiche.
Quanto alla sua origine, questa domanda non è ancora stato definitivamente risolto. Ma la maggior parte i ricercatori sono propensi a credere che il nostro pianeta debba la presenza di un campo magnetico al nucleo. È costituito da una parte solida interna e da una parte liquida esterna. La rotazione della Terra contribuisce a correnti costanti nel nucleo liquido. E questo porta all'emergere di un campo magnetico attorno a loro.
La maggior parte dei pianeti del sistema solare ha campi magnetici a vari livelli. Se li metti in fila in base alla diminuzione del momento magnetico dipolare, ottieni la seguente immagine: Giove, Saturno, Terra, Mercurio e Marte. motivo principale la sua presenza è la presenza di un nucleo liquido.
Nell'ultimo secolo, vari scienziati hanno avanzato diverse ipotesi sul campo magnetico terrestre. Secondo uno di loro, il campo appare come risultato della rotazione del pianeta attorno al suo asse.
Si basa sul curioso effetto Barnet-Einstein, che sta nel fatto che quando un corpo ruota, si forma un campo magnetico. Gli atomi in questo effetto hanno il loro momento magnetico, poiché ruotano attorno al proprio asse. Ecco come appare il campo magnetico terrestre. Tuttavia, questa ipotesi non ha resistito ai test sperimentali. Si è scoperto che il campo magnetico ottenuto in modo così non banale è diversi milioni di volte più debole di quello reale.
Un'altra ipotesi si basa sulla comparsa di un campo magnetico dovuto al moto circolare di particelle cariche (elettroni) sulla superficie del pianeta. Anche lei era incompetente. Il movimento degli elettroni può causare la comparsa di un campo molto debole, inoltre, questa ipotesi non spiega l'inversione del campo magnetico terrestre. È noto che il polo nord magnetico non coincide con il nord geografico.
Vento solare e correnti di mantello
Il meccanismo di formazione del campo magnetico della Terra e di altri pianeti del sistema solare non è completamente compreso e finora rimane un mistero per gli scienziati. Tuttavia, un'ipotesi proposta fa un buon lavoro nello spiegare l'inversione e l'entità dell'induzione di campo reale. Si basa sul lavoro delle correnti interne della Terra e del vento solare.
Le correnti interne della Terra scorrono nel mantello, che consiste di sostanze con un'ottima conduttività. Il nucleo è la fonte corrente. L'energia dal nucleo alla superficie terrestre viene trasferita per convezione. Pertanto, nel mantello c'è un movimento costante della materia, che forma un campo magnetico secondo la ben nota legge del moto delle particelle cariche. Se associamo il suo aspetto solo alle correnti interne, risulta che tutti i pianeti il cui senso di rotazione coincide con il senso di rotazione della Terra devono avere un campo magnetico identico. Tuttavia, non lo è. Il polo nord geografico di Giove coincide con il nord magnetico.
Non solo le correnti interne sono coinvolte nella formazione del campo magnetico terrestre. È noto da tempo che reagisce al vento solare, un flusso di particelle ad alta energia proveniente dal Sole a seguito di reazioni che si verificano sulla sua superficie.
Il vento solare è intrinsecamente elettricità(movimento di particelle cariche). Trascinato dalla rotazione della Terra, crea una corrente circolare, che porta alla comparsa del campo magnetico terrestre.