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 neobičnom Barnett-Einstein efektu, koji je da kada se bilo koje tijelo rotira, nastaje magnetno polje. Atomi u ovom efektu imaju svoj magnetni moment dok se rotiraju oko svoje ose. Ovako se pojavljuje Zemljino magnetno polje. Međutim, ova hipoteza nije izdržala eksperimentalno testiranje. Pokazalo se da je magnetsko polje dobijeno na tako netrivijalan način nekoliko miliona puta slabije od stvarnog.
Druga hipoteza temelji se na pojavi magnetnog polja zbog kružnog kretanja nabijenih čestica (elektrona) na površini planete. Ispostavilo se i da je nesolventna. Kretanje elektrona može uzrokovati pojavu vrlo slabog polja, a ova hipoteza ne objašnjava inverziju Zemljinog magnetnog polja. Poznato je da se sjeverni magnetni pol ne poklapa sa sjevernim geografskim polom.
Sunčev vjetar i strujanja plašta
Mehanizam formiranja magnetnog polja Zemlje i drugih planeta Sunčevog sistema nije u potpunosti proučen i još uvijek 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 Zemljine struje teku u omotaču koji se sastoji od supstanci vrlo dobre provodljivosti. Izvor struje je jezgro. Energija od jezgra do površine zemlje 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 sa unutrašnjim strujama, ispada da bi sve planete čiji se smjer rotacije poklapa sa smjerom rotacije Zemlje trebale imati identično magnetsko polje. Međutim, nije. Jupiterov sjeverni geografski pol poklapa se sa njegovim sjevernim magnetnim polom.
U formiranju Zemljinog magnetnog polja ne učestvuju samo unutrašnje struje. 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 vjetar je po svojoj prirodi električna struja (kretanje nabijenih čestica). Nošen rotacijom Zemlje, stvara kružnu struju, što dovodi do pojave Zemljinog magnetnog polja.
Prema modernim idejama, formiran je prije otprilike 4,5 milijardi godina i od tog trenutka je naša planeta okružena magnetnim poljem. Sve na Zemlji, uključujući ljude, životinje i biljke, je pod njim.
Magnetno polje se proteže do visine od oko 100.000 km (slika 1). On odbija ili hvata čestice solarnog vjetra koje su štetne za sve žive organizme. Ove nabijene čestice formiraju Zemljin radijacijski pojas, a čitava oblast svemirskog prostora u kojoj se nalaze se naziva magnetosfera(Sl. 2). Na strani Zemlje koja je obasjana Suncem, magnetosfera je ograničena sferičnom površinom poluprečnika približno 10-15 Zemljinih poluprečnika, a na suprotnoj strani je produžena poput repa komete na udaljenosti do nekoliko hiljada Zemaljski poluprečnik, formirajući geomagnetski rep. Magnetosfera je odvojena od međuplanetarnog polja prelaznim područjem.
Zemljini magnetni polovi
Osa Zemljinog magneta je nagnuta u odnosu na Zemljinu os rotacije za 12°. Nalazi se oko 400 km od centra Zemlje. Tačke u kojima ova osa seče površinu planete su magnetni polovi. Zemljini magnetski polovi se ne poklapaju sa pravim geografskim polovima. Trenutno su koordinate magnetnih polova sljedeće: sjever - 77° sjeverne geografske širine. i 102°W; južni - (65° S i 139° E).
Rice. 1. Struktura Zemljinog magnetnog polja
Rice. 2. Struktura magnetosfere
Zovu se linije sile koje idu od jednog do drugog magnetnog pola magnetni meridijani. Između magnetskog i geografskog meridijana formira se ugao tzv magnetna deklinacija. Svako mjesto na Zemlji ima svoj vlastiti ugao deklinacije. U oblasti Moskve ugao deklinacije je 7° na istok, au Jakutsku oko 17° na zapad. To znači da sjeverni kraj igle kompasa u Moskvi odstupa za T udesno od geografskog meridijana koji prolazi kroz Moskvu, au Jakutsku - za 17° lijevo od odgovarajućeg meridijana.
Slobodno viseća magnetna igla nalazi se vodoravno samo na liniji magnetskog ekvatora, koja se ne poklapa s geografskom. Ako se krećete sjeverno od magnetskog ekvatora, sjeverni kraj igle će se postepeno spuštati. Ugao koji formiraju magnetska igla i horizontalna ravan naziva se magnetni nagib. Na sjevernom i južnom magnetnom polu magnetska inklinacija je najveća. To je jednako 90°. Na sjevernom magnetnom polu slobodno viseća magnetna igla će biti postavljena okomito sa sjevernim krajem prema dolje, a na južnom magnetnom polu će se njen južni kraj spustiti nadolje. Dakle, magnetna igla pokazuje smjer linija magnetnog polja iznad površine zemlje.
Vremenom se menja položaj magnetnih polova u odnosu na površinu zemlje.
Magnetski pol otkrio je istraživač James C. Ross 1831. godine, stotinama kilometara od njegove trenutne lokacije. U prosjeku se pomjeri 15 km u jednoj godini. Posljednjih godina brzina kretanja magnetnih polova naglo je porasla. Na primjer, Sjeverni magnetni pol trenutno se kreće brzinom od oko 40 km godišnje.
Preokret Zemljinih magnetnih polova naziva se inverzija magnetnog polja.
Tokom geološke istorije naše planete, Zemljino magnetno polje je promenilo svoj polaritet više od 100 puta.
Magnetno polje karakteriše intenzitet. Na nekim mjestima na Zemlji, linije magnetnog polja odstupaju od normalnog polja, stvarajući anomalije. Na primjer, u području Kurske magnetske anomalije (KMA), jačina polja je četiri puta veća od normalne.
Postoje dnevne varijacije Zemljinog magnetnog polja. Razlog za ove promjene Zemljinog magnetskog polja su električne struje koje teku u atmosferi na velikim visinama. Oni su uzrokovani sunčevim zračenjem. Pod uticajem sunčevog vetra, Zemljino magnetno polje se iskrivljuje i dobija „trag“ u pravcu od Sunca, koji se proteže stotinama hiljada kilometara. Glavni uzrok solarnog vjetra, kao što već znamo, je ogromna izbacivanja materije iz solarne korone. Kako se kreću prema Zemlji, pretvaraju se u magnetne oblake i dovode do jakih, ponekad ekstremnih poremećaja na Zemlji. Posebno jaki poremećaji Zemljinog magnetnog polja - magnetne oluje. Neke magnetne oluje počinju iznenada i gotovo istovremeno na cijeloj Zemlji, dok se druge razvijaju postepeno. Mogu trajati nekoliko sati ili čak dana. Magnetne oluje se često javljaju 1-2 dana nakon sunčeve baklje zbog prolaska Zemlje kroz mlaz čestica koje je izbacilo Sunce. Na osnovu vremena kašnjenja, brzina takvog korpuskularnog toka se procjenjuje na nekoliko miliona km/h.
Za vrijeme jakih magnetnih oluja normalan rad telegrafa, telefona i radija je poremećen.
Magnetne oluje se često primećuju na geografskoj širini 66-67° (u zoni aurore) i javljaju se istovremeno sa aurorama.
Struktura Zemljinog magnetnog polja varira u zavisnosti od geografske širine područja. Permeabilnost magnetnog polja se povećava prema polovima. Preko polarnih područja, linije magnetnog polja su manje-više okomite na površinu zemlje i imaju konfiguraciju u obliku lijevka. Preko njih dio sunčevog vjetra sa dnevne strane prodire u magnetosferu, a zatim u gornju atmosferu. Tokom magnetnih oluja, čestice iz repa magnetosfere jure ovamo, dostižući granice gornje atmosfere u visokim geografskim širinama sjeverne i južne hemisfere. Upravo te nabijene čestice uzrokuju aurore ovdje.
Dakle, magnetne oluje i dnevne promjene magnetnog polja objašnjavaju se, kao što smo već saznali, sunčevim zračenjem. Ali koji je glavni razlog koji stvara trajni magnetizam Zemlje? Teoretski, bilo je moguće dokazati da je 99% Zemljinog magnetnog polja uzrokovano izvorima skrivenim unutar planete. Glavno magnetsko polje uzrokovano je izvorima koji se nalaze u dubinama Zemlje. Ugrubo se mogu podijeliti u dvije grupe. Najveći dio njih vezan je za procese u jezgru Zemlje, gdje se kontinuiranim i pravilnim kretanjem elektroprovodljivih materija stvara sistem električnih struja. Drugi je zbog činjenice da stene zemljine kore, kada su magnetizovane glavnim električnim poljem (poljom jezgra), stvaraju sopstveno magnetno polje koje se zbraja sa magnetnim poljem jezgra.
Pored magnetnog polja oko Zemlje, postoje i druga polja: a) gravitaciona; b) električni; c) termički.
Gravitaciono polje Zemlja se zove gravitaciono polje. Usmjeren je duž viska okomito na površinu geoida. Kada bi Zemlja imala oblik elipsoida okretanja i da su mase u njoj ravnomjerno raspoređene, tada bi imala normalno gravitacijsko polje. Razlika između intenziteta realnog gravitacionog polja i teoretskog je gravitaciona anomalija. Različiti materijalni sastav i gustina stijena uzrokuju ove anomalije. Ali mogući su i drugi razlozi. Oni se mogu objasniti sljedećim procesom - ravnotežom čvrste i relativno lagane zemljine kore na težem gornjem plaštu, gdje se izjednačava pritisak gornjih slojeva. Ove struje uzrokuju tektonske deformacije, pomicanje litosfernih ploča i na taj način stvaraju makroreljef Zemlje. Gravitacija drži atmosferu, hidrosferu, ljude, životinje na Zemlji. Gravitacija se mora uzeti u obzir prilikom proučavanja procesa u geografskom omotaču. Pojam " geotropizam" su kretanja rasta biljnih organa, koji pod uticajem sile gravitacije uvijek osiguravaju vertikalni smjer rasta primarnog korijena okomito na površinu Zemlje. Biologija gravitacije koristi biljke kao eksperimentalne subjekte.
Ako se ne uzme u obzir gravitacija, nemoguće je izračunati početne podatke za lansiranje raketa i svemirskih letjelica, izvršiti gravimetrijska istraživanja rudnih ležišta i, konačno, nemoguć je dalji razvoj astronomije, fizike i drugih nauka.
Zemljino magnetsko polje je formacija koju stvaraju izvori unutar planete. To je predmet proučavanja u odgovarajućem dijelu geofizike. Zatim, pogledajmo pobliže šta je Zemljino magnetsko polje i kako se formira.
opće informacije
Nedaleko od površine Zemlje, otprilike na udaljenosti od tri njena poluprečnika, linije sile iz magnetnog polja nalaze se duž sistema „dva polarna naelektrisanja“. Ovdje postoji područje koje se zove "plazma sfera". Sa udaljavanjem od površine planete, povećava se uticaj protoka jonizovanih čestica iz solarne korone. To dovodi do kompresije magnetosfere sa strane Sunca, a naprotiv, Zemljino magnetsko polje se rasteže sa suprotne, sjene.
Plazma sfera
Smjerno kretanje nabijenih čestica u gornjim slojevima atmosfere (jonosfera) ima primjetan utjecaj na magnetsko polje Zemljine površine. Lokacija potonjeg je stotinu kilometara i više od površine planete. Zemljino magnetsko polje drži plazmasferu. Međutim, njegova struktura snažno ovisi o aktivnosti solarnog vjetra i njegovoj interakciji sa zatvarajućim slojem. A učestalost magnetnih oluja na našoj planeti određena je bakljima na Suncu.
Terminologija
Postoji koncept "magnetne ose Zemlje". Ovo je prava linija koja prolazi kroz odgovarajuće polove planete. "Magnetski ekvator" je veliki krug ravni okomit na ovu osu. Vektor na njemu ima smjer blizak horizontalnom. Prosječna jačina Zemljinog magnetnog polja značajno ovisi o geografskoj lokaciji. To je otprilike jednako 0,5 Oe, odnosno 40 A/m. Na magnetskom ekvatoru, ovaj isti indikator je približno 0,34 Oe, a blizu polova je blizu 0,66 Oe, na primjer, u okviru Kurske anomalije, indikator je povećan i iznosi 2 Oe linije Zemljine magnetosfere sa složenom strukturom, projektovane na njenu površinu i konvergirane na sopstvenim polovima, nazivaju se „magnetnim meridijanima“.
Priroda pojave. Pretpostavke i nagađanja
Ne tako davno, pretpostavka o povezanosti nastanka Zemljine magnetosfere i toka struje u jezgri od tekućeg metala, koja se nalazi na udaljenosti od četvrtine do trećine polumjera naše planete, dobila je pravo na postojanje. Naučnici takođe imaju pretpostavku o takozvanim "telurskim strujama" koje teku u blizini zemljine kore. Treba reći da vremenom dolazi do transformacije formacije. Zemljino magnetsko polje se promijenilo nekoliko puta u proteklih sto osamdeset godina. To je zabilježeno u okeanskoj kori, a o tome svjedoče studije remanentne magnetizacije. Poređenjem područja s obje strane okeanskih grebena, utvrđuje se vrijeme divergencije ovih područja.
Zemljin magnetski pomak
Položaj ovih dijelova planete nije konstantan. Činjenica njihovog raseljavanja bilježi se još od kraja devetnaestog vijeka. Na južnoj hemisferi, magnetni pol se za to vreme pomerio za 900 km i završio u Indijskom okeanu. Slični procesi se odvijaju i u sjevernom dijelu. Ovdje se pol pomiče prema magnetnoj anomaliji u istočnom Sibiru. Od 1973. do 1994. godine, udaljenost na kojoj se nalazište kretalo ovdje je iznosilo 270 km. Ovi unaprijed izračunati podaci su kasnije potvrđeni mjerenjima. Prema najnovijim podacima, brzina kretanja magnetnog pola sjeverne hemisfere značajno je porasla. Porastao je sa 10 km/godišnje sedamdesetih godina prošlog vijeka na 60 km/godišnje početkom ovog stoljeća. Istovremeno, jačina Zemljinog magnetnog polja opada neravnomjerno. Dakle, u protekle 22 godine ponegdje je smanjen za 1,7%, a negdje za 10%, mada ima i područja gdje je, naprotiv, povećan. Ubrzanje u pomaku magnetnih polova (za otprilike 3 km godišnje) daje razlog za pretpostavku da njihovo kretanje danas uočeno nije ekskurzija, već još jedna inverzija.
To indirektno potvrđuje povećanje takozvanih “polarnih praznina” na jugu i sjeveru magnetosfere. Jonizirani materijal solarne korone i svemira brzo prodire u rezultirajuće ekspanzije. Kao rezultat, sve veća količina energije se skuplja u cirkumpolarnim područjima Zemlje, što je samo po sebi ispunjeno dodatnim zagrijavanjem polarnih ledenih kapa.
Koordinate
U nauci o kosmičkim zracima koriste se koordinate geomagnetnog polja, nazvane po naučniku McIlwainu. On je bio prvi koji je predložio njihovu upotrebu, jer se zasnivaju na modifikovanim verzijama aktivnosti naelektrisanih elemenata u magnetskom polju. Za tačku se koriste dvije koordinate (L, B). Oni karakterišu magnetnu ljusku (McIlwain parametar) i indukciju polja L. Potonji je parametar jednak omjeru prosječne udaljenosti sfere od centra planete do njenog polumjera.
"magnetna inklinacija"
Prije nekoliko hiljada godina, Kinezi su došli do nevjerovatnog otkrića. Otkrili su da se magnetizirani objekti mogu postaviti u određenom smjeru. A sredinom šesnaestog veka, Georg Kartman, nemački naučnik, napravio je još jedno otkriće u ovoj oblasti. Tako se pojavio koncept "magnetne inklinacije". Ovaj naziv se odnosi na ugao odstupanja strelice gore ili dole od horizontalne ravni pod uticajem magnetosfere planete.
Iz istorije istraživanja
U području sjevernog magnetskog ekvatora, koji se razlikuje od geografskog ekvatora, sjeverni kraj se pomiče prema dolje, a u južnom, naprotiv, prema gore. Godine 1600. engleski liječnik William Gilbert prvi je iznio pretpostavke o prisutnosti Zemljinog magnetnog polja, koje uzrokuje određeno ponašanje objekata koji su prethodno bili magnetizirani. U svojoj knjizi opisao je eksperiment s loptom opremljenom željeznom strijelom. Kao rezultat svog istraživanja došao je do zaključka da je Zemlja veliki magnet. Engleski astronom Henry Gellibrant je također vodio eksperimente. Kao rezultat svojih zapažanja, došao je do zaključka da je magnetsko polje Zemlje podložno sporim promjenama.
José de Acosta opisao je mogućnost korištenja kompasa. Ustanovio je i razliku između magnetskog i sjevernog pola, a u njegovoj čuvenoj Istoriji (1590.) je potkrijepljena teorija linija bez magnetskog otklona. Kristofor Kolumbo je također dao značajan doprinos proučavanju problematike koja se razmatra. Bio je odgovoran za otkriće varijabilnosti magnetne deklinacije. Transformacije se vrše ovisno o promjenama geografskih koordinata. Magnetna deklinacija je ugao odstupanja igle od pravca sjever-jug. U vezi s otkrićem Kolumba, istraživanja su se intenzivirala. Informacije o tome šta je Zemljino magnetsko polje bile su izuzetno neophodne za navigatore. M.V. Lomonosov je takođe radio na ovom problemu. Za proučavanje zemaljskog magnetizma, preporučio je izvođenje sistematskih posmatranja pomoću stalnih tačaka (slično opservatorijama). Takođe je bilo veoma važno, prema Lomonosovu, to učiniti na moru. Ova ideja velikog naučnika ostvarena je u Rusiji šezdeset godina kasnije. Otkriće magnetnog pola na kanadskom arhipelagu pripada polarnom istraživaču Englezu Džonu Rosu (1831). A 1841. otkrio je još jedan pol planete, ali na Antarktiku. Hipotezu o porijeklu Zemljinog magnetnog polja iznio je Carl Gauss. Ubrzo je dokazao da se najvećim dijelom napaja iz izvora unutar planete, ali razlog za njegova manja odstupanja je u vanjskom okruženju.
Hajde da zajedno shvatimo šta je magnetno polje. Na kraju krajeva, mnogi ljudi žive na ovom polju cijeli život i ni ne razmišljaju o tome. Vrijeme je da to popravite!
Magnetno polje
Magnetno polje- posebna vrsta materije. Očituje se djelovanjem na pokretne električne naboje i tijela koja imaju svoj magnetni moment (trajni magneti).
Važno: magnetsko polje ne utiče na stacionarna naelektrisanja! Magnetno polje se također stvara kretanjem električnih naboja, ili vremenski promjenjivim električnim poljem, ili magnetskim momentima elektrona u atomima. Odnosno, svaka žica kroz koju teče struja takođe postaje magnet!
Telo koje ima svoje magnetno polje.
Magnet ima polove koji se nazivaju sjever i jug. Oznake "sjever" i "jug" date su samo radi pogodnosti (poput "plus" i "minus" u struji).
Magnetno polje je predstavljeno sa magnetni vodovi. Linije sila su neprekidne i zatvorene, a njihov smjer uvijek se poklapa sa smjerom djelovanja sila polja. Ako su metalne strugotine rasute oko stalnog magneta, metalne čestice će pokazati jasnu sliku linija magnetnog polja koje izlaze iz sjevernog pola i ulaze u južni pol. Grafička karakteristika magnetnog polja - linije sile.
Karakteristike magnetnog polja
Glavne karakteristike magnetnog polja su magnetna indukcija, magnetni fluks I magnetna permeabilnost. Ali hajde da pričamo o svemu po redu.
Odmah napomenimo da su sve mjerne jedinice date u sistemu SI.
Magnetna indukcija B – vektorska fizička veličina, koja je glavna karakteristika sile magnetnog polja. Označeno slovom B . Mjerna jedinica magnetne indukcije - Tesla (T).
Magnetna indukcija pokazuje koliko je jako polje određivanjem sile kojom djeluje na naboj. Ova sila se zove Lorencova sila.
Evo q - punjenje, v - njegovu brzinu u magnetnom polju, B - indukcija, F - Lorentzova sila kojom polje deluje na naelektrisanje.
F– fizička veličina jednaka umnošku magnetske indukcije na površinu kruga i kosinus između vektora indukcije i normale na ravninu kola kroz koju prolazi fluks. Magnetski fluks je skalarna karakteristika magnetnog polja.
Možemo reći da magnetni fluks karakterizira broj linija magnetske indukcije koje prodiru u jediničnu površinu. Magnetski fluks se mjeri u Weberach (Wb).
Magnetna permeabilnost– koeficijent koji određuje magnetna svojstva medija. Jedan od parametara od kojih zavisi magnetna indukcija polja je magnetna permeabilnost.
Naša planeta je već nekoliko milijardi godina veliki magnet. Indukcija Zemljinog magnetnog polja varira u zavisnosti od koordinata. Na ekvatoru je otprilike 3,1 puta 10 na minus peti stepen Tesle. Osim toga, postoje magnetne anomalije gdje se vrijednost i smjer polja značajno razlikuju od susjednih područja. Neke od najvećih magnetnih anomalija na planeti - Kursk I Brazilske magnetne anomalije.
Poreklo Zemljinog magnetnog polja i dalje ostaje misterija za naučnike. Pretpostavlja se da je izvor polja tečno metalno jezgro Zemlje. Jezgro se kreće, što znači da se rastopljena legura željeza i nikla kreće, a kretanje nabijenih čestica je električna struja koja stvara magnetsko polje. Problem je što ova teorija ( geodynamo) ne objašnjava kako se polje održava stabilnim.
Zemlja je ogroman magnetni dipol. Magnetni polovi se ne poklapaju sa geografskim, iako su u neposrednoj blizini. Štaviše, Zemljini magnetni polovi se pomeraju. Njihovo raseljavanje se bilježi od 1885. godine. Na primjer, u proteklih sto godina, magnetni pol na južnoj hemisferi pomjerio se za skoro 900 kilometara i sada se nalazi u Južnom okeanu. Pol arktičke hemisfere kreće se kroz Arktički okean do istočnosibirske magnetne anomalije, njegova brzina kretanja (prema podacima iz 2004. godine) iznosila je oko 60 kilometara godišnje. Sada dolazi do ubrzanja kretanja polova - u prosjeku, brzina raste za 3 kilometra godišnje.
Kakav je značaj Zemljinog magnetnog polja za nas? Prije svega, Zemljino magnetsko polje štiti planetu od kosmičkih zraka i sunčevog vjetra. Nabijene čestice iz dubokog svemira ne padaju direktno na tlo, već ih odbija džinovski magnet i kreću se duž njegovih linija sile. Tako su sva živa bića zaštićena od štetnog zračenja.
Nekoliko događaja dogodilo se tokom istorije Zemlje. inverzije(promjene) magnetnih polova. Inverzija polova- ovo je kada menjaju mesta. Posljednji put se ovaj fenomen dogodio prije oko 800 hiljada godina, a ukupno je bilo više od 400 geomagnetskih inverzija u istoriji Zemlje. Neki naučnici smatraju da je, s obzirom na uočeno ubrzanje kretanja magnetnih polova, sljedeći pol inverziju treba očekivati u narednih nekoliko hiljada godina.
Na sreću, promena polova se još ne očekuje u našem veku. To znači da možete razmišljati o ugodnim stvarima i uživati u životu u dobrom starom stalnom polju Zemlje, s obzirom na osnovna svojstva i karakteristike magnetnog polja. A da biste to učinili, tu su naši autori, kojima s povjerenjem možete povjeriti neke od vaspitnih nevolja! i druge vrste radova možete naručiti putem linka.
