class="part1">

جزئیات:

سیاره زمین

© ولادیمیر کالانوف،
سایت اینترنتی"دانش قدرت است".

میدان مغناطیسی زمین

اینها فرآیندهایی هستند که فقط در مرحله آغازین برای مشاهده و تحقیق مستقیم غیرقابل دسترسی هستند. اما هنگامی که این فرآیندها خود را در سطح زمین نشان می دهند، هنگامی که به قول خودشان با قدرت کامل آشکار می شوند، برای هر کسی که خود را در منطقه عمل آنها می بیند قابل مشاهده و بسیار قابل توجه می شود.

اما فرآیندهای نامرئی نیز روی زمین در حال انجام است که تقریباً توسط انسان احساس نمی شود. اول از همه، این مغناطیس زمینی است. پدیده مغناطیس از دیرباز برای مردم شناخته شده است. مغناطیس نام خود را از شهر Magnetia در آسیای صغیر گرفته است، جایی که ذخایر سنگ آهن مغناطیسی - "سنگی که آهن را جذب می کند" - کشف شد. ما اولین شواهد مکتوب از خواص آهنربا را به ویژه در شعر "درباره طبیعت اشیاء" اثر تیتوس لوکرتیوس کارا، که در قرن اول قبل از میلاد نوشته شده است، می یابیم. لوکرتیوس مغناطیس را با "جریان های مغناطیسی" که از "سنگ آهنربایی" جاری می شود توضیح داد.

مردم مدتهاست که برای خواص آهنربا کاربردهایی پیدا کرده اند. یکی از اولین کاربردهای این چنینی قطب نما به عنوان یک وسیله ناوبری ساده بود. قطب نما حدود هزار سال قبل از میلاد در چین اختراع شد. در اروپا، قطب نما از قرن دوازدهم شناخته شده است. امروزه تصور بسیاری از صنایع بدون استفاده از آهنربا و آهنرباهای الکتریکی کاملاً غیرممکن است.

منطقه ای از فضای نزدیک به زمین که میدان مغناطیسی زمین در آن تشخیص داده می شود، مگنتوسفر نامیده می شود. مغناطیس یک ویژگی جامع و جهانی طبیعت است. ایجاد یک نظریه کامل مغناطیس زمینی و خورشیدی هنوز موضوعی آینده است. اما علم قبلاً چیزهای زیادی را کشف کرده است و توضیحات کاملاً قانع کننده ای برای برخی از جنبه های چنین پدیده پیچیده ای مانند مغناطیس ارائه می دهد. به ویژه، بسیاری از دانشمندان و شهروندان عادی نگران هستند عواقب احتمالیچنین پدیده ای به عنوان تضعیف تدریجی میدان مغناطیسیزمین.

در واقع، از زمان کارل گاوس، که برای اولین بار قدرت میدان مغناطیسی زمین را اندازه گیری کرد، یعنی. بیش از 170 سال است که میدان مغناطیسی زمین به طور پیوسته در حال ضعیف شدن بوده است. اما میدان مغناطیسی نوعی سپر است که زمین و تمام حیات روی آن را در برابر اثرات تشعشعات مخرب باد خورشیدی می پوشاند. الکترون ها، پروتون ها و سایر ذرات ساطع شده از خورشید. مگنتوسفر زمین جریان این ذرات و سایر ذرات را که از فضا به سمت قطب ها پرواز می کنند منحرف می کند و آنها را از انرژی اولیه خود محروم می کند. در قطب های زمین، جریان این ذرات کیهانی به تأخیر می افتد لایه های بالاییاتمسفر، تبدیل به پدیده های فوق العاده زیبای شفق قطبی.

اگر باد خورشیدی وجود نداشت، میدان مغناطیسی زمین نسبت به سیاره متقارن بود، مانند شکل 1. شکل 2 مگنتوسفر واقعی زمین را نشان می دهد که توسط باد خورشیدی تغییر شکل داده است. تصویر سوم اختلاف بین قطب های مغناطیسی و جغرافیایی را نشان می دهد.

اگر میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد

اما اگر میدان مغناطیسی وجود نداشته باشد، یا بسیار ضعیف شود، تمام حیات روی زمین تحت تأثیر مستقیم تابش خورشید و کیهان خواهد بود. و این، همانطور که می توان حدس زد، منجر به آسیب تشعشع به موجودات زنده می شود که منجر به جهش آنها در جهت نامحدود یا مرگ می شود. خوشبختانه چنین چشم اندازی بعید است. دیرین مغناطیس شناسان، یعنی. کسانی که میدان‌های مغناطیسی باستانی را مطالعه می‌کنند توانسته‌اند با اطمینان معقولی ثابت کنند که میدان مغناطیسی زمین دائماً در حال نوسان است. دوره های مختلف. وقتی همه منحنی های نوسان جمع شدند، منحنی حاصل نزدیک به یک سینوسی با دوره 8 هزار ساله شکل گرفت. بخش این منحنی مربوط به زمان ما (اوایل دهه 2000) در شاخه نزولی این منحنی است. و این افول تا حدود دو هزار سال ادامه خواهد داشت. پس از این، میدان مغناطیسی دوباره شروع به تقویت می کند. این تقویت میدان تا چهار هزار سال ادامه خواهد داشت، سپس دوباره افول رخ خواهد داد. حداکثر قبلی در آغاز دوره ما رخ داد. ضروری است که دامنه سینوسی جمع شونده کمتر از نصف مقدار متوسط ​​قدرت میدان باشد، یعنی. این نوسانات نمی تواند قدرت میدان مغناطیسی زمین را به صفر برساند.

در اینجا، در وب‌سایت ما، به دلیل شرایط اختصار، نمی‌توانیم روش تحقیقی را که منجر به چنین نتیجه‌گیری‌های خوش‌بینانه‌ای شده است، به تفصیل در نظر بگیریم. دانشمندان نظرات مختلفی در مورد علل نوسانات میدان مغناطیسی بیان کرده اند، اما نظریه قطعی در مورد این مشکل وجود ندارد. بیایید اضافه کنیم که علم وجود پدیده ای مانند وارونگی را ثابت کرده است. تبادل دوره ای قطب های مغناطیسی زمین در مکان ها: قطب شمال به سمت جنوب حرکت می کند، جنوب - به مکان شمال. چنین حرکاتی از 5 تا 10 هزار سال طول می کشد. در تاریخ سیاره ما، چنین "پرش" قطب ها صدها بار اتفاق افتاده است. آخرین چنین حرکتی 700 هزار سال پیش رخ داد. هیچ تناوب یا منظم خاصی از این پدیده شناسایی نشده است. دلایل این واژگونی های قطبی در تعاملات پیچیده بخش مایع هسته زمین با فضا پنهان است. دیرین مغناطیس شناسان ثابت کرده اند که روی زمین نیز جابجایی قطب های مغناطیسی از قطب های جغرافیایی در فواصل طولانی وجود داشته است که با این حال با بازگشت قطب ها به مکان قبلی خود پایان یافت.

پیشنهاداتی وجود دارد مبنی بر اینکه در حین وارونگی قطبی، میدان مغناطیسی زمین ناپدید می شود و سیاره برای مدتی بدون زره محافظ نامرئی خود باقی می ماند. اما این مفروضات توجیه علمی قابل اعتمادی پیدا نمی کنند و چیزی جز فرضیات باقی نمی مانند.

برخی از دانشمندان به طور کلی بر این باورند که تغییرات ناگهانی در مغناطیس کره زمین خطرناک نیست، زیرا به نظر آنها محافظت اصلی در برابر تشعشعات کیهانی برای همه موجودات زنده، میدان مغناطیسی نیست، بلکه جو است. این نظر به ویژه توسط زیست شناس تکاملی پروفسور B.M. مدنیکوف. به عبارت دیگر، مشکل تعامل میدان مغناطیسی با فرآیندهای حیات روی زمین هنوز کاملاً روشن نیست و هنوز کار کافی برای محققان در اینجا وجود دارد.

تاثیر میدان مغناطیسی بر موجودات زنده

مدت هاست که مشخص شده است که میدان های مغناطیسی بر موجودات زنده تأثیر منفی می گذارد. آزمایشات روی حیوانات نشان داده است که یک میدان مغناطیسی خارجی رشد آنها را به تاخیر می اندازد، رشد سلول ها را کند می کند و ترکیب خون را تغییر می دهد. در طول به اصطلاح طوفان های مغناطیسی، یعنی. با نوسانات شدید در قدرت میدان مغناطیسی، افراد بیمار وابسته به آب و هوا دچار وخامت وضعیت سلامتی خود می شوند.

قدرت میدان مغناطیسی بر حسب eersteds (E) اندازه گیری می شود. این واحد به افتخار فیزیکدان دانمارکی هانس ارستد (1777-1851) نامگذاری شده است که ارتباط بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی را کشف کرد.

از آنجایی که افراد می توانند در محل کار و خانه در معرض میدان های مغناطیسی قرار بگیرند، سطوح مجاز قدرت میدان مغناطیسی ایجاد شده است. بر اساس برآوردهای مختلف، میدان مغناطیسی با قدرت 300-700 ارستد برای انسان بی خطر در نظر گرفته می شود. به عبارت دقیق تر، در تولید و در زندگی روزمره، فرد تحت تأثیر میدان های مغناطیسی نیست، بلکه تحت تأثیر میدان های الکترومغناطیسی قرار می گیرد. واقعیت این است که در حین کار هر وسیله الکتریکی یا رادیویی، هر دو میدان مغناطیسی و الکتریکی فقط می توانند به صورت یک کل ظاهر شوند که به آن میدان الکترومغناطیسی می گویند. این با ماهیت مشترک پدیده های مغناطیسی و الکتریکی توضیح داده می شود.

لازم به ذکر است که جنبه فیزیکی فرآیند تأثیر میدان مغناطیسی بر بدن انسانهنوز کاملا مشخص نیست میدان مغناطیسی بر گیاهان نیز تأثیر می گذارد. با توجه به نتایج برخی آزمایش‌ها، مشخص شد که جوانه‌زنی و رشد بذرها به نحوه جهت‌گیری اولیه آنها نسبت به میدان مغناطیسی زمین بستگی دارد. تغییر میدان مغناطیسی خارجی می تواند رشد گیاه را تسریع یا مهار کند. شاید این پدیده به نوعی در عمل کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد.

بنابراین، در اطراف ما میدان های مغناطیسی ایجاد شده توسط خود طبیعت و ایجاد شده توسط منابع منشأ انسان ساخته شده است - از ژنراتورها و ترانسفورماتورهای جریان متناوب گرفته تا اجاق های مایکروویو و تلفن های همراه.

قدرت میدان مغناطیسی زمین

قدرت میدان مغناطیسی زمین چقدر است؟در همه جا یکسان نیست و از 0.24 Oe (در برزیل) تا 0.68 Oe (در قطب جنوب) متغیر است. اعتقاد بر این است که میانگین قدرت میدان ژئومغناطیسی 0.5 eersted است. در مکان هایی که رسوبات زیادی از مواد فرومغناطیسی (سنگ آهن) رخ می دهد، ناهنجاری های مغناطیسی رخ می دهد. ناهنجاری مغناطیسی کورسک به طور گسترده در روسیه شناخته شده است، جایی که قدرت میدان 2 Oe است. برای مقایسه: قدرت میدان مغناطیسی عطارد 1/500 Oe، ماه - 10 -5 Oe، و محیط بین ستاره ای حتی کمتر - 10 است. -8 اوه. اما قدرت میدان مغناطیسی لکه های خورشیدی بسیار زیاد و برابر با 103 Oe است. ستاره های کوتوله سفید میدان های قوی تری دارند - تا 10 7 Oe. قوی ترین میدان های مغناطیسی ثبت شده در کیهان توسط ستاره های نوترونی و تپ اخترها ایجاد می شود. قدرت میدان مغناطیسی این اجرام فضایی به 10 12 ارستد می رسد! در شرایط آزمایشگاهی، دستیابی به شدت مغناطیسی صدها هزار بار ضعیف‌تر و حتی پس از آن برای مدت زمانی که در کسری از ثانیه اندازه‌گیری می‌شود، ممکن است. کارشناسان پیشنهاد می کنند که در صورت امکان در شرایط آزمایشگاهی، می توان میدان های مغناطیسی را با قدرت مقایسه کرد. ستاره های نوترونی، آنگاه دگرگونی های شگفت انگیزی با اجسامی که در معرض چنین میدان های غیرقابل تصوری قرار می گیرند رخ می دهد. مثلا آهن که چگالی آن است شرایط عادیبرابر با 7.87 گرم بر سانتی متر مکعب، تحت تأثیر چنین میدان هایی به ماده ای با چگالی 2700 گرم بر سانتی متر مکعب تبدیل می شود. یک مکعب با لبه 10 سانتی متر از چنین ماده ای 2.7 تن وزن دارد و برای جابجایی آن به جرثقیل قدرتمندی نیاز است.

میدان مغناطیسی زمین.

موضوعات اصلی مورد بحث در سخنرانی:

1. ماهیت ژئومغناطیس.

2. عناصر میدان مغناطیسی زمین.

3. ساختار میدان ژئومغناطیسی.

4. مگنتوسفر و کمربندهای تشعشعی زمین.

5. تغییرات سکولار میدان ژئومغناطیسی.

6. ناهنجاری های میدان ژئومغناطیسی.

1. ماهیت ژئومغناطیسمغناطیس زمینی یا ژئومغناطیس یکی از ویژگی های زمین به عنوان یک جرم آسمانی است که وجود میدان مغناطیسی در اطراف آن را تعیین می کند. ژئومغناطیس شناسی علم زمین است.

نظریه دینام هیدرومغناطیسی مبتنی بر این واقعیت است که توسط ژئوفیزیکدانان ثابت شده است که در عمق 2900 کیلومتری یک هسته بیرونی "مایع" زمین با رسانایی الکتریکی خوب (106-105 S/m) وجود دارد.

ایده دینام هیدرومغناطیسی برای اولین بار در سال 1919 توسط لارمور در انگلستان برای توضیح مغناطیس خورشید مطرح شد. در کتاب مغناطیس زمین (1947)، فیزیکدان شوروی Ya.I. Frenkel این ایده را بیان کرد که همرفت حرارتی در هسته زمین دقیقاً دلیلی است که دینام هیدرومغناطیسی هسته زمین را فعال می کند.

مفاد اصلی فرضیه دینام هیدرومغناطیسی به شرح زیر است.

1. به لطف اثر به اصطلاح ژیرو مغناطیسی (از یونانی Gyro - چرخش، چرخش) و چرخش زمین در طول شکل گیری آن، یک میدان مغناطیسی بسیار ضعیف می تواند ایجاد شود. اثر ژیرو مغناطیسی مغناطیسی شدن اجسام فرومغناطیسی به دلیل چرخش و چرخش آنها در شرایط خاصی از مغناطیسی است. اثر ژیرو مغناطیسی ارتباط بین گشتاورهای مکانیکی و مغناطیسی یک اتم را نشان می دهد.

2. وجود الکترون های آزاد در هسته و چرخش زمین در چنین میدان مغناطیسی ضعیفی منجر به القای جریان های الکتریکی گردابی در هسته شد.

3. جریان های گردابی القایی به نوبه خود یک میدان مغناطیسی ایجاد (تولید) می کنند، همانطور که در دینام ها اتفاق می افتد. افزایش میدان مغناطیسی زمین باید منجر به افزایش جدید در جریان گردابی در هسته شود و دومی باید منجر به افزایش میدان مغناطیسی شود.

4. فرآیندی شبیه به بازسازی تا زمان اتلاف انرژی به دلیل ویسکوزیته هسته و آن ادامه دارد. مقاومت الکتریکیبا انرژی اضافی جریان های گردابی و دلایل دیگر جبران نمی شود.

بنابراین، به گفته فرنکل، هسته زمین نوعی توربوژنراتور طبیعی است. نقش یک توربین در آن توسط جریان های گرما ایفا می شود: آنها توده های زیادی از فلز مذاب را که دارای خاصیت مایع است از اعماق هسته به سمت بالا در امتداد شعاع بلند می کنند. ذرات سردتر و در نتیجه سنگین‌تر از لایه‌های بالایی فرو می‌روند. نیروی کوریولیس آنها را به اطراف "می چرخاند". محور زمین، بنابراین سیم پیچ های غول پیکر را در داخل "دینام زمینی" تشکیل می دهند. در این جریان های بسته فلز داغ، مانند پیچ ​​های سیم روی آرمیچر یک دینام معمولی، باید مدت ها قبل یک جریان القایی ایجاد می شد. به تدریج هسته زمین را مغناطیسی کرد. میدان مغناطیسی بسیار ضعیف اولیه تشدید شد تا اینکه به مرور زمان به مقدار محدود خود رسید. این حد در گذشته های دور رسیده بود. و اگرچه توربو ژنراتور زمین به کار خود ادامه می دهد، انرژی جنبشی جریان فلز مایع دیگر صرف مغناطیس کردن هسته زمین نمی شود، بلکه به طور کامل به گرما تبدیل می شود.

میدان مغناطیسی زمین حدود 3 میلیارد سال است که حدود 1.5 میلیارد سال جوانتر از سن آن است. این بدان معنی است که آن باقیمانده نبوده و در غیاب مکانیسم بازسازی، نمی تواند در کل تاریخ زمین شناسی زمین وجود داشته باشد.

2. عناصر میدان مغناطیسی زمین.در هر نقطه از سطح زمین، میدان مغناطیسی با یک بردار شدت کل Ht مشخص می‌شود که اندازه و جهت آن توسط سه عنصر مغناطیس زمینی تعیین می‌شود. مولفه افقی کشش H، انحراف مغناطیسی D و شیب I. انحراف مغناطیسی زاویه در صفحه افقی بین نصف النهارهای جغرافیایی و مغناطیسی است. شیب مغناطیسی زاویه ای است در صفحه عمودی بین صفحه افقی و جهت بردار کامل Ht.

کمیت های H، X، Y، Z، D و I را عناصر مغناطیس زمینی و عناصر H، X، Y و Z را اجزای نیروی میدان مغناطیسی زمین و D و I را زاویه ای می نامند. آنهایی که

بردار کل شدت میدان مغناطیسی زمین Ht، مولفه های نیروی آن H، X، Y و Z دارای ابعاد A/m، میل D و شیب I - درجه زاویه، دقیقه و ثانیه است. قدرت میدان مغناطیسی زمین نسبتا کم است: بردار کل Ht از 52.5 A/m در قطب تا 26.3 A/m در خط استوا متغیر است.

برنج. 5.1 - عناصر مغناطیس زمینی

ارزش های مطلقمقادیر عناصر مغناطیس زمین کوچک است و بنابراین از ابزارهای با دقت بالا برای اندازه گیری آنها استفاده می شود - مغناطیس سنج و واریومترهای مغناطیسی. واریومترهایی برای اندازه گیری مقادیر H و Z وجود دارد و از ایستگاه های مغناطیسی متحرک مجهز به مغناطیس سنج های پیچیده نوری-مکانیکی و کوانتومی استفاده می شود. خطوط متصل کننده نقاط روی نقشه با انحراف یکسان D، ایزوگون نامیده می شوند، با شیب یکسان I - ایزوکلین ها، با همان H یا Z - ایزودین های اجزای افقی یا عمودی بردار کشش کل Ht و با همان X یا Y. - ایزودین های اجزای شمالی یا شرقی. مقادیر عناصر مغناطیس زمین به طور مداوم در طول زمان تغییر می کند و بنابراین نقشه های مغناطیسی هر پنج سال یکبار به روز می شوند.

3. ساختار میدان ژئومغناطیسی.میدان مغناطیسی زمین از نظر ساختار ناهمگن است. از دو بخش تشکیل شده است: میدان های ثابت و متناوب. میدان ثابت توسط منابع داخلی مغناطیس ایجاد می شود. منابع میدان متناوب جریان های الکتریکی در لایه های بالایی جو - یونوسفر و مگنتوسفر است. به نوبه خود، یک میدان مغناطیسی ثابت ماهیت ناهمگن دارد و از چندین بخش تشکیل شده است. بنابراین به طور کلی میدان مغناطیسی زمین از میدان های زیر تشکیل شده است:

Нт =Ho+Hm+Ha+Hв+δH، (5.1)

جایی که Нт - شدت میدان مغناطیسی زمین؛ اما آیا قدرت میدان دوقطبی توسط مغناطش یکنواخت کره ایجاد می شود؟ Nm قدرت میدان غیر دوقطبی یا قاره ای ایجاد شده است دلایل داخلی، ناشی از ناهمگونی لایه های عمیق زمین؛ Na قدرت میدان غیرعادی است که توسط مغناطیس‌های مختلف ایجاد می‌شود قسمت های بالاییپوسته زمین؛ Нв - قدرت میدان، که منبع آن با علل خارجی مرتبط است. δH - قدرت میدان تغییرات مغناطیسی ناشی از علل خارجی.

مجموع میدان های Ho+Hm=NG میدان مغناطیسی اصلی زمین را تشکیل می دهد. میدان غیرعادی از دو بخش تشکیل شده است: یک میدان با طبیعت منطقه ای Нр و یک میدان با طبیعت محلی (محلی) Нл. یک ناهنجاری محلی را می توان روی یک ناهنجاری منطقه ای قرار داد و سپس Ha = Нр+Нл.

به مجموع فیلدهای Ho+Hm+Hb معمولاً میدان معمولی می گویند. با این حال، میدان Hb سهم بسیار کمی در میدان ژئومغناطیسی کلی Hb دارد. مطالعه سیستماتیک میدان ژئومغناطیسی با توجه به رصدخانه های مغناطیسی و بررسی های مغناطیسی نشان می دهد که میدان خارجی نسبت به میدان داخلی کمتر از 1 درصد است و بنابراین می توان از آن غفلت کرد. در این حالت میدان طبیعی با میدان مغناطیسی اصلی زمین منطبق است.

قطب های ژئومغناطیسی در جایی قرار دارند که محور مغناطیسی زمین سطح زمین را قطع می کند. اگرچه قطب مغناطیسی شمال در نیمکره جنوبی و قطب جنوب در نیمکره شمالی قرار دارد، اما در زندگی روزمره آنها را با قیاس با قطب های جغرافیایی می نامند.

با گذشت زمان، قطب های مغناطیسی موقعیت خود را تغییر می دهند. بنابراین، قطب مغناطیسی شمال روزانه 20.5 متر (7.5 کیلومتر در سال) و قطب جنوب 30 متر (11 کیلومتر در سال) در سطح زمین حرکت می کند.

4. مگنتوسفر و کمربندهای تشعشعی زمین.میدان مغناطیسی زمین نه تنها در نزدیکی سطح زمین، بلکه در نزدیکی سطح زمین نیز وجود دارد مسافت های طولانیاز آن، که با استفاده از موشک های فضایی و ایستگاه های فضایی بین سیاره ای کشف شد. در فاصله 10-14 شعاع زمین، میدان ژئومغناطیسی با میدان مغناطیسی بین صفحه و میدان به اصطلاح باد خورشیدی ملاقات می کند. باد خورشیدی خروج پلاسما از تاج خورشیدی (گاز تاجی که عمدتاً از هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است) به فضای بین سیاره ای است. سرعت ذرات باد خورشیدی (پروتون ها و الکترون ها) بسیار زیاد است - حدود 400 کیلومتر در ثانیه، تعداد ذرات (ذرات) چند ده در هر 1 سانتی متر مکعب است، دما تا 1.5-2 میلیون درجه است. در مرز میدان مغناطیسی و میدان مغناطیسی زمین، شدت آن در حدود (0.4-0.5) · 10-2 A/m است.

ناحیه عمل میدان مغناطیسی زمین مگنتوسفر و مرز بیرونی آن مگنتوپاوز نامیده می شود (شکل 5.3). میدان ژئومغناطیسی به طور قابل توجهی تحت تاثیر باد خورشیدی است. مگنتوسفر در فواصل بسیار زیاد گسترش می یابد: کوچکترین - به سمت خورشید - به 10-14 شعاع زمین می رسد، بزرگترین - در سمت شب - حدود 16 شعاع زمین. دم مغناطیسی حتی ابعاد بزرگ تری دارد (طبق داده های ماهواره های مصنوعی زمین - صدها شعاع زمین).

شکل 5.3 - ساختار مگنتوسفر زمین: 1 - باد خورشیدی. 2 – جلوی شوک؛ 3 - حفره مغناطیسی 4 – مگنتوپوز 5 - حد بالاشکاف مغناطیسی قطبی؛ 6 – گوشته پلاسما; 7- کمربند تشعشع خارجی یا پلاسماکره. 9 - لایه خنثی؛ 10- لایه پلاسما

حداکثر کمربند پروتون داخلی در فاصله 3.5 شعاع زمین (22 هزار کیلومتر) قرار دارد. در داخل پلاسماکره، نزدیک سطح زمین، کمربند تابشی الکترونی دوم وجود دارد. در نزدیکی قطب ها، این کمربند در فاصله 100 کیلومتری قرار دارد، اما قسمت اصلی آن در فاصله 4.4 - 10 هزار کیلومتری از سطح سیاره قرار دارد. انرژی الکترون های موجود در آن بین ده ها تا صدها کو ولت است. شدت جریان الکترونی 109 ذره در هر سانتی‌متر مربع بر ثانیه تخمین زده می‌شود، یعنی مرتبه‌ای بالاتر از کمربند الکترونی بیرونی.

قدرت تشعشع در کمربندهای تشعشعی بسیار زیاد است - چند صد و حتی هزاران معادل بیولوژیکی اشعه ایکس در روز. بنابراین، سفینه های فضایی با فضانوردان به مدارهای واقع در زیر این کمربندها پرتاب می شوند.

اگر مغناطیس کره وجود نداشت، جریان‌های بادهای خورشیدی و کیهانی، بدون مقاومت، به سطح زمین هجوم می‌آورند و تأثیر مخربی بر همه موجودات زنده، از جمله انسان‌ها، می‌گذارند.

5. تغییرات سکولار میدان ژئومغناطیسی.فرآیند تغییر مقادیر متوسط ​​سالانه یک یا آن عنصر مغناطیس زمینی در طول چندین دهه و قرن، تغییرات سکولار نامیده می شود و تغییر آنها از سال به سال سیر سکولار نامیده می شود.

به اصطلاح اثر "انجماد میدان مغناطیسی در مواد" به ما امکان می دهد در مورد گذشته میدان ژئومغناطیسی - جهت و شدت آن قضاوت کنیم. هر سنگ، هر ماده حاوی آهن یا سایر عناصر فرومغناطیسی دائماً تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین است. آهنرباهای اولیه در این ماده تمایل دارند خود را در امتداد خطوط میدان مغناطیسی جهت دهند.

اگر ماده گرم شود، به نقطه ای می رسد که حرکت حرارتی ذرات چنان پرانرژی می شود که نظم مغناطیسی را از بین می برد. سپس، هنگامی که ماده سرد شد، از نقطه کوری شروع می شود (نقطه کوری دمایی است که در زیر آن سنگ ها فرومغناطیسی می شوند؛ برای آهن خالص نقطه کوری 769 درجه سانتیگراد است، برای مگنتیت - 580 درجه سانتیگراد)، میدان مغناطیسی غالب است. بر نیروهای حرکت آشفته . آهنرباهای ابتدایی دوباره همانطور که میدان مغناطیسی به آنها می گوید در یک ردیف قرار می گیرند و تا زمانی که بدن دوباره گرم شود در این موقعیت باقی می مانند. بنابراین، به نظر می رسد که میدان ژئومغناطیسی در ماده "یخ زده" شده است.

در حال حاضر میدان مغناطیسی زمین در هر 100 سال 2.5 درصد کاهش می یابد و در حدود 4000 سال اگر ماهیت این کاهش تغییر نکند باید به صفر برسد. با این حال، دیرینه مغناطیس شناسان استدلال می کنند که این اتفاق نخواهد افتاد.

اگر همه منحنی‌های چرخه‌ای را با دوره‌های مختلف نوسان میدان مغناطیسی زمین جمع کنیم، به اصطلاح «منحنی هموار یا متوسط» را به دست می‌آوریم که به خوبی با سینوسی دارای دوره 8000 ساله منطبق است. در حال حاضر، مقدار کل نوسانات میدان مغناطیسی بر روی بخش نزولی سینوسی است.

مدت‌های مختلف دوره‌های نوسان میدان ژئومغناطیسی ظاهراً با عدم تعادل در بخش‌های متحرک دینام هیدرومغناطیسی و رسانایی الکتریکی متفاوت آنها توضیح داده می‌شود.

وارونگی تبادل قطب های مغناطیسی در مکان هاست. در حین برگشت، قطب مغناطیسی شمال به سمت جنوب و جنوب به محل شمال حرکت می کند.

گاهی اوقات به جای وارونگی، از "پرش" قطب ها صحبت می کنند. با این حال ، این کلمه در رابطه با قطب ها کاملاً مناسب نیست ، زیرا قطب ها به سرعت حرکت نمی کنند - طبق برخی برآوردها ، "پرش" 5 و حتی 10 هزار سال طول می کشد.

در طول 600 هزار سال گذشته، 12 دوره معکوس میدان ژئومغناطیسی ایجاد شده است (گوتنبورگ - 10-12 هزار سال، لاچامی - 20-24 هزار سال و غیره). مشخص است که تغییرات زمین شناسی، اقلیمی و بیولوژیکی قابل توجهی در سیاره با این دوره ها همزمان است.

6. ناهنجاری های میدان ژئومغناطیسی.ناهنجاری مغناطیسی یک انحراف از مقادیر عناصر مغناطیس زمینی است مقادیر نرمال، که در صورت مغناطش یکنواخت زمین در یک مکان مشخص مشاهده می شود.

اگر تغییرات ناگهانی در انحراف و شیب مغناطیسی در هر مکانی تشخیص داده شود، این نشان می دهد که سنگ های حاوی کانی های فرومغناطیسی در زیر سطح زمین پنهان شده اند. اینها شامل مگنتیت، تیتانو-مگنتیت، هماتیت و غیره است.

ناهنجاری های مغناطیسی بسته به اندازه آنها به قاره ای، منطقه ای و محلی تقسیم می شوند. ناهنجاری های قاره ای نتیجه وجود جریان های گردابی قدرتمند در زیر مراکز آنهاست. علل ناهنجاری های منطقه ای و موضعی سنگ هایی با خواص مغناطیسی افزایش یافته است. این سنگ ها با قرار گرفتن در میدان مغناطیسی زمین مغناطیسی شده و میدان مغناطیسی اضافی ایجاد می کنند.

خواص مغناطیسی به یک درجه یا درجه دیگر در همه سنگ ها ذاتی است. وقتی هر سنگی در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، هر عنصر حجم آن مغناطیسی می شود. توانایی یک ماده برای تغییر مغناطش خود تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی، حساسیت مغناطیسی نامیده می شود. بسته به مقدار عددیو علامت حساسیت مغناطیسی، تمام مواد طبیعی به سه گروه دیامغناطیس، پارامغناطیس، فرومغناطیسی تقسیم می شوند. علاوه بر این، برای مواد دیامغناطیس حساسیت مغناطیسی منفی و برای مواد پارامغناطیس و فرومغناطیسی مثبت است.

برای مواد دیامغناطیسی (کوارتز، مرمر، گرافیت، مس، طلا، نقره، سرب، آب و غیره) مغناطش متناسب با شدت میدان مغناطیسی است و به سمت آن هدایت می شود. مواد دیامغناطیسی باعث تضعیف میدان مغناطیسی زمین می شوند و به شکل گیری ناهنجاری های مغناطیسی منفی کمک می کنند.

در مواد پارامغناطیس (سنگهای دگرگونی و آذرین، فلزات قلیایی و غیره) مغناطش با شدت میدان مغناطیسی نیز متناسب است، اما برخلاف مواد دیامغناطیسی، جهت آن را دارد. در مواد فرومغناطیسی (آهن، نیکل، کبالت و غیره)، مغناطش بسیار بیشتر از مواد دی و پارامغناطیسی است، با شدت میدان مغناطیسی متناسب نیست و به شدت به دما و "پیش تاریخ مغناطیسی" ماده بستگی دارد. .

سهم اصلی در ایجاد ناهنجاری‌های میدان مغناطیسی توسط کانی‌های فرومغناطیسی (مگنتیت، تیتانومغناطیس، ایلمنیت و غیره) و سنگ‌های پرافتخار حاوی آنها است. از آنجایی که به طور کلی حساسیت مغناطیسی سنگ ها در محدوده وسیع (میلیون ها بار) تغییر می کند، شدت ناهنجاری های میدان مغناطیسی نیز در محدوده های وسیع متفاوت است.

میدان مغناطیسی متناوب زمین.منابع میدان های مغناطیسی متناوب در خارج از فضای زمین قرار دارند. با منشأ خود، آنها جریان های القایی هستند که در لایه های بالای جو (از صد تا چند هزار کیلومتر) ایجاد می شوند. جریان های القایی با خروج پلاسما شکل می گیرند - جریانی از ذرات باردار هر دو علامت (جسم) که از خورشید پرواز می کنند. با نفوذ به میدان مغناطیسی زمین، ذرات توسط آن اسیر می شوند و باعث ایجاد پدیده های پیچیده ای مانند یونیزاسیون جو، شفق های قطبی، تشکیل کمربندهای تشعشعی زمین و غیره می شوند.

میدان مغناطیسی متناوب بر روی میدان مغناطیسی اصلی زمین قرار می گیرد و در طول زمان باعث تغییرات مختلف آن می شود. برخی از آنها به آرامی رخ می دهند و از الگوی خاصی پیروی می کنند. اینها به اصطلاح تغییرات دوره ای (بدون آشفتگی) هستند. برخی دیگر از نظر طبیعت آشفته هستند، پارامترهای میدان ژئومغناطیسی (دوره ها، دامنه ها، فازها) به طور مداوم و به شدت مقدار آنها را تغییر می دهند.

تغییرات خورشیدی-روزانه تغییرات در عناصر مغناطیس زمینی با دوره ای برابر با طول روز خورشیدی است. تغییرات خورشیدی-روزانه در عناصر مغناطیس زمینی به زمان سال و عرض جغرافیایی بستگی دارد، زیرا آنها با شدت پرتوهای فرابنفش خورشید و در نتیجه با موقعیت زمین نسبت به خورشید تعیین می شوند. مشخص است که فازهای نوسانات هم در عرض جغرافیایی و هم در زمان سال عملاً بدون تغییر باقی می مانند؛ این عمدتاً دامنه نوسانات است که تغییر می کند.

تغییرات قمری-روزانه در عناصر مغناطیس زمین با موقعیت ماه نسبت به افق مرتبط است و ناشی از تأثیر گرانش ماه بر جو زمین است. تغییرات قمری-روزانه در عناصر مغناطیس زمینی اندک است - آنها تنها 10 تا 15٪ از تغییرات خورشیدی-روزانه را تشکیل می دهند.

نوسانات غیر تناوبی آشفته شامل طوفان های مغناطیسی. یکی از آنها ویژگی های مشخصه- ظاهر ناگهانی در پس زمینه یک میدان مغناطیسی نسبتا آرام، تقریباً در یک لحظه در سراسر کره زمین، همه عناصر مغناطیس زمینی به طور ناگهانی مقادیر خود را تغییر می دهند و مسیر بعدی طوفان دستخوش تغییرات بسیار سریع و مداوم می شود.

بر اساس شدت (دامنه)، طوفان های مغناطیسی معمولاً به ضعیف، متوسط ​​و بزرگ تقسیم می شوند. دامنه عناصر مغناطیس زمینی در طوفان های مغناطیسی بسیار بزرگ به چندین درجه برای انحراف مغناطیسی و -2-4 A/m یا بیشتر برای اجزای عمودی و افقی می رسد. شدت طوفان ها از عرض های جغرافیایی ژئومغناطیسی کم به بالا افزایش می یابد. مدت طوفان معمولاً چند روز است. فرکانس و قدرت طوفان های مغناطیسی به فعالیت خورشیدی بستگی دارد.

که در سال های گذشتهدانشمندان شروع به استخراج مزایای عملی از طوفان های مغناطیسی کردند و این فرصت را داشتند که زمین را تا اعماق زیاد با کمک آنها "کاوش کنند". روش مطالعه فضای داخلی زمین با استفاده از اختلالات مغناطیسی صداگذاری مغناطیسی-تلوریک نامیده می شود، زیرا به طور همزمان اختلالات مغناطیسی و جریان های تلوریک (یعنی زمینی) ناشی از آنها در زمین را در نظر می گیرد. در نتیجه صداگذاری مغناطیسی-تلوریک، مشخص شد که در عمق 300-400 کیلومتری هدایت الکتریکی زمین به شدت افزایش می یابد. تا این اعماق، زمین عملاً یک عایق است.

میدان مغناطیسی زمین تشکیلاتی است که توسط منابع داخل سیاره ایجاد می شود. این موضوع مورد مطالعه در بخش مربوطه ژئوفیزیک است. در ادامه، بیایید نگاهی دقیق‌تر به میدان مغناطیسی زمین و چگونگی تشکیل آن بیندازیم.

اطلاعات کلی

نه چندان دور از سطح زمین، تقریباً در فاصله سه شعاع آن، خطوط نیروی میدان مغناطیسی در امتداد سیستم "دو بار قطبی" قرار دارند. در اینجا منطقه ای به نام "کره پلاسما" وجود دارد. با فاصله گرفتن از سطح سیاره، تأثیر جریان ذرات یونیزه شده از تاج خورشیدی افزایش می یابد. این منجر به فشردگی مگنتوسفر از سمت خورشید می شود و برعکس، میدان مغناطیسی زمین از سمت مخالف، سمت سایه کشیده می شود.

کره پلاسما

حرکت جهتی ذرات باردار در لایه های بالایی جو (یونوسفر) تأثیر محسوسی بر میدان مغناطیسی سطح زمین دارد. محل دومی صد کیلومتر و بالاتر از سطح سیاره است. میدان مغناطیسی زمین پلاسماکره را نگه می دارد. با این حال، ساختار آن به شدت به فعالیت باد خورشیدی و تعامل آن با لایه محدود بستگی دارد. و فرکانس طوفان های مغناطیسی در سیاره ما توسط شعله های خورشید تعیین می شود.

واژه شناسی

یک مفهوم "محور مغناطیسی زمین" وجود دارد. این یک خط مستقیم است که از قطب های مربوط به سیاره می گذرد. «استوای مغناطیسی» دایره بزرگ صفحه عمود بر این محور است. بردار روی آن جهتی نزدیک به افقی دارد. میانگین قدرت میدان مغناطیسی زمین به طور قابل توجهی به آن بستگی دارد موقعیت جغرافیایی. تقریباً برابر با 0.5 Oe است، یعنی 40 A/m. در استوای مغناطیسی همین نشانگر تقریباً 0.34 Oe است و در نزدیکی قطب ها نزدیک به 0.66 Oe است. در برخی از ناهنجاری های سیاره مثلاً در ناهنجاری کورسک این نشانگر افزایش یافته و به 2 Oe می رسد. خطوط مغناطیس کره زمین با ساختار پیچیده ای که بر روی سطح آن قرار گرفته و در قطب های خود همگرا می شوند، "مریدین های مغناطیسی" نامیده می شوند.

ماهیت وقوع فرضیات و حدسیات

چندی پیش، فرض ارتباط بین ظهور مگنتوسفر زمین و جریان جریان در هسته فلزی مایع، واقع در فاصله یک چهارم تا یک سوم شعاع سیاره ما، حق وجود را به دست آورد. دانشمندان همچنین در مورد به اصطلاح "جریان های تلوریک" که در نزدیکی پوسته زمین جریان دارند، فرضی دارند. باید گفت که با گذشت زمان دگرگونی شکل گیری رخ می دهد. میدان مغناطیسی زمین در طول یکصد و هشتاد سال گذشته چندین بار تغییر کرده است. این در پوسته اقیانوسی ثبت شده است و این توسط مطالعات مربوط به مغناطش باقیمانده اثبات شده است. با مقایسه مناطق دو طرف پشته های اقیانوسی، زمان واگرایی این مناطق مشخص می شود.

تغییر قطب مغناطیسی زمین

مکان این قسمت های سیاره ثابت نیست. حقیقت جابجایی آنها از اواخر قرن نوزدهم ثبت شده است. در نیمکره جنوبی، قطب مغناطیسی در این مدت 900 کیلومتر جابجا شد و به اقیانوس هند ختم شد. فرآیندهای مشابهی در بخش شمالی در حال وقوع است. در اینجا قطب به سمت یک ناهنجاری مغناطیسی در سیبری شرقی حرکت می کند. از سال 1973 تا 1994، مسافتی که سایت به اینجا منتقل شد، 270 کیلومتر بود. این داده های از پیش محاسبه شده بعداً با اندازه گیری ها تأیید شد. بر اساس آخرین داده ها، سرعت حرکت قطب مغناطیسی نیمکره شمالی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. از 10 کیلومتر در سال در دهه هفتاد قرن گذشته به 60 کیلومتر در سال در ابتدای این قرن افزایش یافت. در همان زمان، قدرت میدان مغناطیسی زمین به طور ناهموار کاهش می یابد. بنابراین، در طول 22 سال گذشته، در برخی نقاط 1.7٪ و در جایی 10٪ کاهش یافته است، اگرچه مناطقی نیز وجود دارد که برعکس، افزایش یافته است. شتاب در جابه‌جایی قطب‌های مغناطیسی (تقریباً 3 کیلومتر در سال) دلیلی برای این فرض فراهم می‌کند که حرکت آنها که امروزه مشاهده می‌شود یک گردش نیست، بلکه وارونگی دیگری است.

این به طور غیر مستقیم با افزایش به اصطلاح "شکاف های قطبی" در جنوب و شمال مغناطیس کره تایید می شود. مواد یونیزه شده تاج خورشیدی و فضا به سرعت در انبساط های حاصله نفوذ می کنند. در نتیجه، مقدار فزاینده‌ای انرژی در نواحی دور قطبی زمین جمع‌آوری می‌شود که به خودی خود مملو از گرمایش اضافی کلاهک‌های یخی قطبی است.

مختصات

در علم پرتوهای کیهانی از مختصات میدان ژئومغناطیسی استفاده می شود که به نام دانشمند مک ایلوین نامگذاری شده است. او اولین کسی بود که استفاده از آنها را پیشنهاد کرد، زیرا آنها بر اساس نسخه های اصلاح شده فعالیت عناصر باردار در میدان مغناطیسی هستند. برای یک نقطه، از دو مختصات (L، B) استفاده می شود. آنها پوسته مغناطیسی (پارامتر McIlwain) و القای میدان L را مشخص می کنند. دومی پارامتری است برابر با نسبت میانگین فاصله کره از مرکز سیاره به شعاع آن.

"میل مغناطیسی"

چندین هزار سال پیش، چینی ها به کشف شگفت انگیزی دست یافتند. آنها دریافتند که اجسام مغناطیسی را می توان در جهت خاصی قرار داد. و در اواسط قرن شانزدهم، گئورگ کارتمان، دانشمند آلمانی، کشف دیگری در این زمینه کرد. اینگونه بود که مفهوم "میل مغناطیسی" ظاهر شد. این نام به زاویه انحراف فلش به سمت بالا یا پایین از صفحه افقی تحت تأثیر مگنتوسفر سیاره اشاره دارد.

از تاریخچه تحقیق

در ناحیه استوای مغناطیسی شمالی که با استوای جغرافیایی متفاوت است، انتهای شمالی به سمت پایین و در جنوب برعکس به سمت بالا حرکت می کند. در سال 1600، پزشک انگلیسی ویلیام گیلبرت برای اولین بار در مورد حضور میدان مغناطیسی زمین که باعث رفتار خاصی از اجسامی می شود که قبلا مغناطیسی شده بودند، فرضیاتی را مطرح کرد. او در کتاب خود آزمایشی را با یک توپ مجهز به یک تیر آهنی شرح داد. او در نتیجه تحقیقات خود به این نتیجه رسید که زمین یک آهنربای بزرگ است. ستاره شناس انگلیسی هنری گلیبرانت نیز آزمایش هایی انجام داد. او در نتیجه مشاهدات خود به این نتیجه رسید که میدان مغناطیسی زمین در معرض تغییرات آهسته است.

خوزه د آکوستا امکان استفاده از قطب نما را توضیح داد. او همچنین مشخص کرد که چگونه قطب مغناطیسی و قطب شمال تفاوت دارند و در او تاریخ معروف(1590) نظریه خطوط بدون انحراف مغناطیسی اثبات شد. کریستف کلمب نیز سهم بسزایی در مطالعه موضوع مورد بررسی داشت. او مسئول کشف تغییرپذیری میل مغناطیسی بود. دگرگونی ها به تغییرات مختصات جغرافیایی بستگی دارد. انحراف مغناطیسی زاویه انحراف سوزن از جهت شمال به جنوب است. در ارتباط با کشف کلمب، تحقیقات شدت گرفت. اطلاعات در مورد میدان مغناطیسی زمین برای دریانوردان بسیار ضروری بود. M.V. Lomonosov نیز روی این مشکل کار کرد. برای مطالعه مغناطیس زمینی، او انجام مشاهدات سیستماتیک با استفاده از نقاط دائمی (شبیه به رصدخانه ها) را توصیه کرد. به گفته لومونوسوف، انجام این کار در دریا نیز بسیار مهم بود. این ایده دانشمند بزرگ شصت سال بعد در روسیه محقق شد. کشف قطب مغناطیسی در مجمع الجزایر کانادا متعلق به کاشف قطبی انگلیسی جان راس (1831) است. و در سال 1841 قطب دیگری از سیاره را کشف کرد، اما در قطب جنوب. فرضیه منشا میدان مغناطیسی زمین توسط کارل گاوس مطرح شد. او به زودی ثابت کرد که بیشتر آن از منبعی در داخل سیاره تغذیه می شود، اما دلیل انحرافات جزئی آن در محیط خارجی.

بر اساس ایده های مدرن، تقریباً 4.5 میلیارد سال پیش شکل گرفته است و از آن لحظه سیاره ما توسط یک میدان مغناطیسی احاطه شده است. همه چیز روی زمین، از جمله مردم، حیوانات و گیاهان، تحت تأثیر آن قرار می گیرند.

میدان مغناطیسی تا ارتفاع حدود 100000 کیلومتری گسترش می یابد (شکل 1). ذرات باد خورشیدی را که برای همه موجودات زنده مضر هستند، منحرف یا جذب می کند. این ذرات باردار کمربند تابشی زمین را تشکیل می دهند و کل منطقه فضای نزدیک به زمین که در آن قرار دارند نامیده می شود. مگنتوسفر(شکل 2). در سمتی از زمین که توسط خورشید روشن شده است، مگنتوسفر توسط یک سطح کروی با شعاع تقریباً 10-15 شعاع زمین محدود می شود و در طرف مقابل مانند دم دنباله دار تا فاصله چند هزار نفری کشیده شده است. شعاع زمین، تشکیل دم ژئومغناطیسی. مگنتوسفر توسط یک ناحیه گذار از میدان بین سیاره ای جدا می شود.

قطب های مغناطیسی زمین

محور آهنربای زمین نسبت به محور چرخش زمین 12 درجه متمایل است. تقریباً 400 کیلومتر از مرکز زمین فاصله دارد. نقاطی که این محور سطح سیاره را قطع می کند هستند قطب های مغناطیسیقطب های مغناطیسی زمین با قطب های جغرافیایی واقعی منطبق نیستند. در حال حاضر مختصات قطب های مغناطیسی به شرح زیر است: شمال - 77 درجه عرض شمالی. و 102 درجه غربی؛ جنوبی - (65 درجه جنوبی و 139 درجه شرقی).

برنج. 1. ساختار میدان مغناطیسی زمین

برنج. 2. ساختار مگنتوسفر

خطوط نیرویی که از یک قطب مغناطیسی به قطب دیگر حرکت می کنند نامیده می شوند نصف النهارهای مغناطیسی. زاویه ای بین نصف النهارهای مغناطیسی و جغرافیایی تشکیل می شود که به آن می گویند انحراف مغناطیسی. هر مکان روی زمین زاویه انحراف خاص خود را دارد. در منطقه مسکو زاویه انحراف 7 درجه به سمت شرق و در یاکوتسک حدود 17 درجه به سمت غرب است. این بدان معنی است که انتهای شمالی سوزن قطب نما در مسکو با T به سمت راست نصف النهار جغرافیایی که از مسکو می گذرد و در یاکوتسک - 17 درجه به سمت چپ نصف النهار مربوطه منحرف می شود.

یک سوزن مغناطیسی آزادانه معلق فقط به صورت افقی روی خط استوای مغناطیسی قرار دارد که با خط جغرافیایی منطبق نیست. اگر به سمت شمال استوای مغناطیسی حرکت کنید، انتهای شمالی سوزن به تدریج پایین می آید. زاویه تشکیل شده توسط یک سوزن مغناطیسی و یک صفحه افقی نامیده می شود تمایل مغناطیسی. در قطب های مغناطیسی شمال و جنوب، تمایل مغناطیسی بیشتر است. برابر 90 درجه است. در قطب مغناطیسی شمال، یک سوزن مغناطیسی آزادانه به صورت عمودی با انتهای شمالی آن به سمت پایین نصب خواهد شد و در قطب مغناطیسی جنوبی، انتهای جنوبی آن پایین خواهد رفت. بنابراین، سوزن مغناطیسی جهت خطوط میدان مغناطیسی را در بالای سطح زمین نشان می دهد.

با گذشت زمان، موقعیت قطب های مغناطیسی نسبت به سطح زمین تغییر می کند.

این قطب مغناطیسی توسط کاوشگر جیمز سی راس در سال 1831 کشف شد و صدها کیلومتر از محل فعلی آن فاصله داشت. به طور متوسط ​​در یک سال 15 کیلومتر حرکت می کند. در سال های اخیر سرعت حرکت قطب های مغناطیسی به شدت افزایش یافته است. به عنوان مثال، قطب مغناطیسی شمال در حال حاضر با سرعتی در حدود 40 کیلومتر در سال حرکت می کند.

معکوس شدن قطب های مغناطیسی زمین نامیده می شود وارونگی میدان مغناطیسی.

در طول تاریخ زمین شناسی سیاره ما، میدان مغناطیسی زمین بیش از 100 بار قطبیت خود را تغییر داده است.

میدان مغناطیسی با شدت مشخص می شود. در برخی از نقاط زمین، خطوط میدان مغناطیسی از میدان طبیعی منحرف شده و ناهنجاری هایی را ایجاد می کنند. به عنوان مثال، در ناحیه ناهنجاری مغناطیسی کورسک (KMA)، قدرت میدان چهار برابر بیشتر از حد معمول است.

تغییرات روزانه در میدان مغناطیسی زمین وجود دارد. دلیل این تغییرات در میدان مغناطیسی زمین، جریان های الکتریکی است که در اتمسفر در جریان است ارتفاع بالا. آنها توسط تشعشعات خورشیدی ایجاد می شوند. تحت تأثیر باد خورشیدی، میدان مغناطیسی زمین منحرف می شود و "ردی" در جهت خورشید به دست می آورد که صدها هزار کیلومتر امتداد دارد. همانطور که قبلاً می دانیم علت اصلی بادهای خورشیدی، پرتاب های عظیم ماده از تاج خورشیدی است. همانطور که آنها به سمت زمین حرکت می کنند، به ابرهای مغناطیسی تبدیل می شوند و منجر به اختلالات شدید و گاهی شدید در زمین می شوند. اختلالات شدید میدان مغناطیسی زمین - طوفان های مغناطیسیبرخی از طوفان های مغناطیسی به طور ناگهانی و تقریباً همزمان در سراسر زمین شروع می شوند، در حالی که برخی دیگر به تدریج توسعه می یابند. آنها می توانند چندین ساعت یا حتی چند روز دوام بیاورند. طوفان های مغناطیسی اغلب 1-2 روز پس از یک شعله ی خورشیدی به دلیل عبور زمین از جریانی از ذرات خارج شده توسط خورشید رخ می دهند. بر اساس زمان تأخیر، سرعت چنین جریان جسمی چند میلیون کیلومتر بر ساعت تخمین زده می شود.

در هنگام طوفان های مغناطیسی قوی، عملکرد عادی تلگراف، تلفن و رادیو مختل می شود.

طوفان های مغناطیسی اغلب در عرض جغرافیایی 66-67 درجه (در ناحیه شفق قطبی) مشاهده می شوند و همزمان با شفق های قطبی رخ می دهند.

ساختار میدان مغناطیسی زمین بسته به عرض جغرافیایی منطقه متفاوت است. نفوذپذیری میدان مغناطیسی به سمت قطب ها افزایش می یابد. در مناطق قطبی، خطوط میدان مغناطیسی کم و بیش عمود بر سطح زمین هستند و دارای پیکربندی قیفی شکل هستند. از طریق آنها، بخشی از باد خورشیدی از سمت روز به مغناطیس کره و سپس به جو فوقانی نفوذ می کند. در طوفان های مغناطیسی، ذرات دم مغناطیس کره به اینجا سرازیر می شوند و در عرض های جغرافیایی بالای نیمکره شمالی و جنوبی به مرزهای جو فوقانی می رسند. این ذرات باردار هستند که باعث ایجاد شفق های قطبی در اینجا می شوند.

بنابراین، طوفان های مغناطیسی و تغییرات روزانه در میدان مغناطیسی، همانطور که قبلاً فهمیدیم، توسط تابش خورشیدی توضیح داده می شود. اما دلیل اصلی ایجاد مغناطیس دائمی زمین چیست؟ از نظر تئوری، می‌توان ثابت کرد که 99 درصد میدان مغناطیسی زمین توسط منابع پنهان در داخل سیاره ایجاد می‌شود. میدان مغناطیسی اصلی ناشی از منابعی است که در اعماق زمین قرار دارند. تقریباً می توان آنها را به دو گروه تقسیم کرد. بخش اصلی آنها با فرآیندهایی در هسته زمین مرتبط است، جایی که به دلیل حرکات مداوم و منظم مواد رسانای الکتریکی، سیستمی از جریان های الکتریکی ایجاد می شود. دلیل دیگر این واقعیت است که سنگ های پوسته زمین توسط سنگ اصلی مغناطیسی می شوند میدان الکتریکی(میدان هسته)، میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کنند که با میدان مغناطیسی هسته جمع می شود.

علاوه بر میدان مغناطیسی اطراف زمین، میدان های دیگری نیز وجود دارد: الف) گرانشی. ب) الکتریکی؛ ج) حرارتی

میدان گرانشیزمین را میدان گرانش می نامند. در امتداد یک خط شاقول عمود بر سطح ژئوئید هدایت می شود. اگر زمین به شکل یک بیضی از انقلاب بود و توده ها در آن به طور مساوی توزیع می شدند، آنگاه میدان گرانشی معمولی داشت. تفاوت بین شدت میدان گرانشی واقعی و میدانی نظری یک ناهنجاری گرانشی است. ترکیب مواد مختلف و چگالی سنگ ها باعث ایجاد این ناهنجاری ها می شود. اما دلایل دیگری نیز ممکن است. می توان آنها را توضیح داد روند بعدی- متعادل کردن پوسته زمین جامد و نسبتاً سبک روی گوشته بالایی سنگین تر، جایی که فشار لایه های پوشاننده برابر است. این جریان‌ها باعث ایجاد تغییر شکل‌های تکتونیکی، حرکت صفحات لیتوسفر و در نتیجه ایجاد ریلف کلان زمین می‌شوند. گرانش اتمسفر، هیدروسفر، مردم و حیوانات روی زمین را نگه می دارد. هنگام مطالعه فرآیندها در پوشش جغرافیایی باید گرانش را در نظر گرفت. عبارت " ژئوتروپیسم"حرکات رشد اندام های گیاهی است که تحت تأثیر نیروی گرانش، همیشه جهت عمودی رشد ریشه اولیه را عمود بر سطح زمین تضمین می کند. زیست شناسی جاذبه از گیاهان به عنوان موضوعات آزمایشی استفاده می کند.

اگر گرانش در نظر گرفته نشود، محاسبه داده های اولیه برای پرتاب موشک و سفینه های فضایی، اکتشاف وزن سنجی کانی های معدنی را غیرممکن می کند پیشرفتهای بعدینجوم، فیزیک و سایر علوم.

این مدل های جهانی - مانند میدان مرجع بین المللی ژئومغناطیسی (IGRF) و مدل جهانی مغناطیسی (WMM)- توسط سازمان های مختلف ژئوفیزیک بین المللی ایجاد می شود و هر 5 سال یکبار مجموعه های به روز شده ضرایب گاوس تایید و منتشر می شود که تمام داده ها را در مورد وضعیت میدان ژئومغناطیسی و پارامترهای آن تعیین می کند. بنابراین، طبق مدل WMM2015، قطب ژئومغناطیسی شمال (در اصل این قطب جنوبآهنربا) دارای مختصات 80.37 درجه شمالی است. w و 72.62 درجه غربی. d.، قطب ژئومغناطیسی جنوبی - 80.37 درجه جنوبی. عرض جغرافیایی، 107.38 درجه شرقی. d.، شیب محور دوقطبی نسبت به محور چرخش زمین 9.63 درجه است.

میدان های ناهنجاری جهانی

خطوط میدان واقعی میدان مغناطیسی زمین، اگرچه به طور متوسط ​​نزدیک به خطوط میدان دوقطبی هستند، اما در بی نظمی های محلی مرتبط با حضور سنگ های مغناطیسی در پوسته واقع در نزدیکی سطح، با آنها تفاوت دارند. به همین دلیل، در برخی از نقاط سطح زمین، پارامترهای میدان به شدت با مقادیر در مناطق مجاور متفاوت است و به اصطلاح ناهنجاری های مغناطیسی را تشکیل می دهد. اگر اجسام مغناطیسی که باعث ایجاد آنها در اعماق متفاوتی شوند، می توانند روی یکدیگر همپوشانی داشته باشند.

وجود میدان های مغناطیسی مناطق محلی گسترده پوسته های بیرونی منجر به این واقعیت می شود که قطب های مغناطیسی واقعی- امتیاز (یا بهتر است بگوییم، مناطق کوچک) که در آن خطوط میدان مغناطیسی کاملاً عمودی هستند، با خطوط ژئومغناطیسی منطبق نیستند و روی سطح خود زمین نیستند، بلکه در زیر آن قرار دارند. مختصات قطب های مغناطیسی در یک زمان معین نیز در چارچوب محاسبه می شود مدل های مختلفمیدان ژئومغناطیسی با یافتن تمام ضرایب در سری گاوسی با استفاده از روش تکراری. بنابراین، طبق مدل فعلی WMM، در سال 2015 قطب مغناطیسی شمال در 86 درجه شمالی قرار داشت. عرض جغرافیایی، 159 درجه غربی. طولانی، و جنوبی - 64 درجه جنوبی. عرض جغرافیایی، 137 درجه شرقی. مقادیر مدل IGRF12 فعلی کمی متفاوت است: 86.3 درجه شمالی. عرض جغرافیایی، 160 درجه وات. طول، برای قطب شمال، 64.3 درجه جنوبی. عرض جغرافیایی، 136.6 درجه شرقی برای جنوب.

به ترتیب، محور مغناطیسی- خط مستقیمی که از قطب های مغناطیسی می گذرد از مرکز زمین نمی گذرد و قطر آن نیست.

موقعیت همه قطب ها دائماً در حال تغییر است - قطب ژئومغناطیسی نسبت به قطب جغرافیایی با دوره ای حدود 1200 سال پیش می رود.

میدان مغناطیسی خارجی

توسط منابعی به شکل سیستم‌های جاری در خارج از سطح زمین در جو آن تعیین می‌شود. در قسمت بالایی جو (100 کیلومتر و بالاتر) - یونوسفر - مولکول های آن یونیزه می شوند و پلاسما را تشکیل می دهند، بنابراین این قسمت از مگنتوسفر زمین که تا فاصله حداکثر سه شعاع آن گسترش می یابد، نامیده می شود. پلاسماسفر. پلاسما توسط میدان مغناطیسی زمین نگهداری می شود، اما وضعیت آن توسط برهمکنش آن با باد خورشیدی - جریان پلاسمایی تاج خورشیدی - تعیین می شود.

بنابراین، در فاصله ای بیشتر از سطح زمین، میدان مغناطیسی نامتقارن است، زیرا تحت تأثیر باد خورشیدی منحرف می شود: از سمت خورشید فشرده می شود و در جهت خورشید یک "" را به دست می آورد. دنباله» که صدها هزار کیلومتر امتداد دارد و از مدار ماه فراتر می رود. این شکل عجیب و غریب «دمدار» زمانی اتفاق می‌افتد که پلاسمای باد خورشیدی و جریان‌های هسته‌ای خورشیدی در اطراف سطح زمین جریان می‌یابد. مگنتوسفر- منطقه ای از فضای نزدیک به زمین که هنوز توسط میدان مغناطیسی زمین کنترل می شود و نه خورشید و سایر منابع بین سیاره ای. از فضای بین سیاره ای جدا شده است مگنتوپوز، جایی که فشار دینامیکی باد خورشیدی با فشار میدان مغناطیسی خود متعادل می شود. نقطه زیر خورشیدی مگنتوسفر به طور متوسط ​​در فاصله 10 قرار دارد شعاع زمین * R⊕ ; با باد ضعیف خورشیدی، این فاصله به 15-20 R⊕ می رسد و در طول دوره های اختلالات مغناطیسی روی زمین، مگنتوپاز می تواند از مدار زمین ثابت (6.6 R⊕) فراتر رود. دم کشیده در سمت شب دارای قطر حدود 40 R⊕ و طول بیش از 900 R⊕ است. از فاصله حدود 8 R⊕ شروع می شود، توسط یک لایه خنثی مسطح به قسمت هایی تقسیم می شود که در آن القای میدان نزدیک به صفر است.

با توجه به پیکربندی خاص خطوط القایی، میدان ژئومغناطیسی یک تله مغناطیسی برای ذرات باردار - پروتون ها و الکترون ها ایجاد می کند. تعداد زیادی از آنها را می گیرد و نگه می دارد، بنابراین مگنتوسفر نوعی مخزن ذرات باردار است. جرم کل آنها، با توجه به برآوردهای مختلف، از 1 کیلوگرم تا 10 کیلوگرم متغیر است. آنها به اصطلاح را تشکیل می دهند کمربند تشعشعی، زمین را از همه طرف به جز مناطق قطبی می پوشاند. به طور معمول به دو بخش داخلی و خارجی تقسیم می شود. مرز زیرین کمربند داخلی در ارتفاع حدود 500 کیلومتری است که ضخامت آن چندین هزار کیلومتر است. کمربند بیرونی در ارتفاع 10-15 هزار کیلومتری قرار دارد. ذرات کمربند تشعشعی، تحت تأثیر نیروی لورنتس، حرکات متناوب پیچیده ای را از نیمکره شمالی به نیمکره جنوبی و عقب انجام می دهند، در حالی که به طور همزمان به آرامی در اطراف زمین در آزیموت حرکت می کنند. بسته به انرژی، آنها یک چرخش کامل به دور زمین در یک زمان از چند دقیقه تا یک روز انجام می دهند.

مگنتوسفر اجازه نمی دهد که جریان های ذرات کیهانی به زمین نزدیک شوند. با این حال، در دم آن، در فواصل بسیار زیاد از زمین، شدت میدان ژئومغناطیسی و در نتیجه ویژگی‌های حفاظتی آن ضعیف می‌شود و برخی از ذرات پلاسمای خورشیدی می‌توانند به داخل مگنتوسفر و تله‌های مغناطیسی کمربندهای تابشی نفوذ کنند. بنابراین دم به عنوان مکانی برای تشکیل جریان‌های ذرات رسوب‌دهنده عمل می‌کند که باعث ایجاد شفق‌ها و جریان‌های شفق می‌شود. در نواحی قطبی، بخشی از جریان پلاسمای خورشیدی از کمربند تابشی زمین به لایه‌های بالایی جو حمله می‌کند و در برخورد با مولکول‌های اکسیژن و نیتروژن، آن‌ها را برانگیخته یا یونیزه می‌کند و وقتی به حالت تحریک‌ناپذیر برمی‌گردند، اتم‌های اکسیژن فوتون ساطع می‌کنند. با λ = 0.56 میکرومتر و λ = 0.63 میکرومتر، در حالی که مولکول های نیتروژن یونیزه، هنگام ترکیب مجدد، نوارهای آبی و بنفش طیف را برجسته می کنند. در عین حال، شفق های قطبی به ویژه در طول طوفان های مغناطیسی پویا و درخشان مشاهده می شوند. آنها در هنگام اختلالات در مگنتوسفر ناشی از افزایش چگالی و سرعت باد خورشیدی با افزایش فعالیت خورشیدی رخ می دهند.

گزینه های فیلد

یک نمایش بصری از موقعیت خطوط القای مغناطیسی میدان زمین توسط یک سوزن مغناطیسی، ثابت شده است، به گونه ای که می تواند آزادانه حول محور عمودی و افقی بچرخد (به عنوان مثال، در تعلیق گیمبال) - در هر نقطه نزدیک به سطح زمین به روش خاصی در امتداد این خطوط نصب شده است.

از آنجایی که قطب های مغناطیسی و جغرافیایی بر هم منطبق نیستند، سوزن مغناطیسی فقط به طور تقریبی جهت شمال به جنوب را نشان می دهد. صفحه عمودی که سوزن مغناطیسی در آن نصب شده است، صفحه نصف النهار مغناطیسی یک مکان معین و خطی که این صفحه در طول آن سطح زمین را قطع می کند نامیده می شود. نصف النهار مغناطیسی. بنابراین، نصف النهارهای مغناطیسی پیش بینی خطوط میدان مغناطیسی زمین بر روی سطح آن هستند که در قطب های مغناطیسی شمال و جنوب همگرا می شوند. زاویه بین جهت نصف النهارهای مغناطیسی و جغرافیایی نامیده می شود انحراف مغناطیسی. بسته به اینکه قطب شمال سوزن مغناطیسی از صفحه عمودی نصف النهار جغرافیایی به سمت غرب یا شرق منحرف شود، می تواند غربی (اغلب با یک "-" نشان داده می شود) یا شرقی (با علامت "+" نشان داده شود.

علاوه بر این، خطوط میدان مغناطیسی زمین، به طور کلی، موازی با سطح آن نیستند. این بدان معنی است که القای مغناطیسی میدان زمین در صفحه افق یک مکان معین قرار نمی گیرد، بلکه زاویه خاصی را با این صفحه تشکیل می دهد - به آن می گویند. تمایل مغناطیسی. فقط در نقاط به صفر نزدیک است استوای مغناطیسی- دایره ها دایره بزرگدر صفحه ای که بر محور مغناطیسی عمود است.

انحراف مغناطیسی و میل مغناطیسی جهت القای مغناطیسی میدان زمین را در هر مکان خاص تعیین می کند. و مقدار عددی این کمیت را می توان با دانستن شیب و یکی از پیش بینی های بردار القای مغناطیسی بدست آورد. B (\displaystyle \mathbf (B))- به عمودی یا محور افقی(مورد دوم در عمل راحت تر است). بنابراین، این سه پارامتر عبارتند از انحراف مغناطیسی، شیب و بزرگی بردار القای مغناطیسی B (یا بردار قدرت میدان مغناطیسی H (\displaystyle \mathbf (H))) - میدان ژئومغناطیسی را در یک مکان مشخص کاملاً مشخص کنید. دانش دقیق آنها برای بیشترین تعداد ممکن نقاط روی زمین بسیار است مهم. کارت های مغناطیسی ویژه ای ترسیم می شود که روی آنها ایزوگون(خطوط همان میل) و خطوط همسان(خطوط شیب برابر) لازم برای جهت یابی با استفاده از قطب نما.

به طور متوسط، شدت میدان مغناطیسی زمین از 25000 تا 65000 nT (0.25 - 0.65 G) متغیر است و به شدت به موقعیت جغرافیایی بستگی دارد. این مربوط به قدرت میدان متوسط ​​حدود 0.5 (40 /) است. در استوای مغناطیسی مقدار آن حدود 0.34 است، در قطب های مغناطیسی - حدود 0.66 Oe. در برخی مناطق (ناهنجاری های مغناطیسی)، شدت به شدت افزایش می یابد: در ناحیه ناهنجاری مغناطیسی کورسک به 2 Oe می رسد.

ماهیت میدان مغناطیسی زمین

برای اولین بار، جی. لارمور در سال 1919 تلاش کرد تا وجود میدان های مغناطیسی زمین و خورشید را توضیح دهد و مفهوم دینام را پیشنهاد کرد که بر اساس آن حفظ میدان مغناطیسی یک جرم آسمانی تحت تأثیر اتفاق می افتد. حرکت هیدرودینامیکی یک محیط رسانای الکتریکی با این حال، در سال 1934 تی. کالینگقضیه عدم امکان حفظ میدان مغناطیسی متقارن محوری را از طریق مکانیزم دینام هیدرودینامیکی اثبات کرد. و از آنجایی که اکثر آنها مطالعه کردند اجرام آسمانی(و به ویژه زمین) متقارن محوری در نظر گرفته می شدند، بر این اساس می توان این فرض را ایجاد کرد که میدان آنها نیز متقارن محوری باشد و سپس تولید آن طبق این اصل با توجه به این قضیه غیرممکن باشد. بعدها نشان داده شد که همه معادلات با تقارن محوری که فرآیند تولید میدان مغناطیسی را توصیف می‌کنند، دارای راه حل متقارن محوری نیستند و در دهه 1950. راه حل های نامتقارن پیدا شده است.

از آن زمان، تئوری دینام با موفقیت توسعه یافته است، و امروزه محتمل ترین توضیح عمومی پذیرفته شده برای منشاء میدان مغناطیسی زمین و سایر سیارات، مکانیزم دینام خود هیجان انگیز است که بر اساس تولید جریان الکتریکی در یک هادی است. همانطور که در میدان مغناطیسی ایجاد و تقویت شده توسط خود این جریان ها حرکت می کند. شرایط لازمدر هسته زمین ایجاد می شود: در هسته خارجی مایع که عمدتاً از آهن در دمای حدود 4-6 هزار کلوین تشکیل شده است که جریان را به خوبی هدایت می کند، جریان های همرفتی ایجاد می شود که گرما را از هسته داخلی جامد خارج می کند (تولید شده به دلیل فروپاشی عناصر رادیواکتیو یا انتشار گرمای نهان در طول انجماد ماده در مرز بین هسته داخلی و خارجی با سرد شدن تدریجی سیاره). نیروهای کوریولیس این جریان‌ها را به مارپیچ‌های مشخصه می‌پیچانند و به اصطلاح را تشکیل می‌دهند ستون های تیلور. به دلیل اصطکاک لایه ها، آنها بار الکتریکی به دست می آورند و جریان های حلقه را تشکیل می دهند. بنابراین، سیستمی از جریان‌ها ایجاد می‌شود که در امتداد یک مدار رسانا در رساناهایی که در میدان مغناطیسی (در ابتدا وجود داشت، البته بسیار ضعیف) حرکت می‌کنند، مانند دیسک فارادی، ایجاد می‌شود. میدان مغناطیسی ایجاد می‌کند که با هندسه جریان مطلوب، میدان اولیه را تقویت می‌کند و این به نوبه خود جریان را تقویت می‌کند و فرآیند تقویت تا زمانی ادامه می‌یابد که تلفات حرارتی ژول که با افزایش جریان افزایش می‌یابد، هجوم انرژی را متعادل می‌کند. ناشی از حرکات هیدرودینامیکی

این فرآیند به صورت ریاضی توصیف شده است معادله دیفرانسیل

∂ B ∂ t = η ∇ 2 B + ∇ × (u × B) (\displaystyle (\frac (\partial \mathbf (B))(\partial t))=\eta \mathbf (\nabla) ^(2 )\mathbf (B) +\mathbf (\nabla ) \times (\mathbf (u) \times \mathbf (B))),

جایی که تو- سرعت جریان سیال، ب- القای مغناطیسی، η = 1/μσ - ویسکوزیته مغناطیسی، σ رسانایی الکتریکی مایع است و μ نفوذپذیری مغناطیسی است که عملاً در چنین مواردی تفاوتی ندارد. درجه حرارت بالاهسته ها از μ 0 - نفوذپذیری خلاء.

با این حال، برای توصیف کامل لازم است که یک سیستم معادلات مغناطیسی هیدرودینامیکی را یادداشت کنیم. در تقریب بوسینسک (که در آن تمام خصوصیات فیزیکی مایع ثابت فرض می شود، به جز نیروی ارشمیدس، که محاسبه آن تغییرات چگالی ناشی از اختلاف دما را در نظر می گیرد) این است:

• معادله ناویر-استوکس، حاوی عباراتی است که اثر ترکیبی چرخش و میدان مغناطیسی را بیان می کند:

ρ 0 (∂ u ∂ t + u ⋅ ∇ u) = − ∇ P + ρ 0 ν ∇ 2 u + ρ g ¯ − 2 ρ 0 Ω × u + J × B (\displaystyle \rho _(0)\چپ ((\frac (\partial \mathbf (u))(\partial t))+\mathbf (u) \cdot \mathbf (\nabla ) \mathbf (u) \راست)=-\nabla \mathbf (P) +\rho _(0)\nu \mathbf (\nabla) ^(2)\mathbf (u) +\rho (\bar (\mathbf (g)))-2\rho _(0)\mathbf (\ امگا ) \times \mathbf (u) +\mathbf (J) \times \mathbf (B)).

• معادله هدایت حرارتی بیانگر قانون بقای انرژی:

∂ T ∂ t + u ⋅ ∇ T = κ ∇ 2 T + ϵ (\displaystyle (\frac (\partial T)(\partial t))+\mathbf (u) \cdot \mathbf (\nabla) T=\ kappa \mathbf (\nabla) ^(2)T+\epsilon),

پیشرفتی در این زمینه در سال 1995 توسط گروه هایی از ژاپن و ایالات متحده به دست آمد. با شروع از این لحظه، نتایج تعدادی از کارهای مدل‌سازی عددی به طور رضایت‌بخشی ویژگی‌های کیفی میدان ژئومغناطیسی را در دینامیک، از جمله وارونگی، بازتولید می‌کنند.

تغییرات میدان مغناطیسی زمین

این با افزایش فعلی در زاویه باز شدن کاسپ ها (شکاف های قطبی در مگنتوسفر در شمال و جنوب) تأیید می شود که در اواسط دهه 1990 به 45 درجه رسید. مواد تشعشعی از باد خورشیدی، فضای بین سیاره‌ای و پرتوهای کیهانی به شکاف‌های گسترده‌تر هجوم می‌آورند، در نتیجه ماده و انرژی بیشتری وارد مناطق قطبی می‌شود که می‌تواند منجر به گرم شدن بیشتر کلاهک‌های قطبی شود. ] .

مختصات ژئومغناطیسی (مک ایلوین مختصات)

فیزیک پرتوهای کیهانی بطور گسترده از مختصات خاصی در میدان ژئومغناطیسی استفاده می کند که به نام دانشمند کارل مک ایلوین (Carl McIlwain) نامگذاری شده است. کارل مک ایلوین) اولین کسی بود که استفاده از آنها را پیشنهاد کرد، زیرا آنها بر اساس متغیرهای حرکت ذرات در یک میدان مغناطیسی هستند. یک نقطه در یک میدان دوقطبی با دو مختصات (L، B) مشخص می شود، جایی که L به اصطلاح پوسته مغناطیسی یا پارامتر McIlwain است. L-shell، L-value، McIlwain L-پارامترب - القای میدان مغناطیسی (معمولاً در G). پارامتر پوسته مغناطیسی معمولاً مقدار L در نظر گرفته می شود که برابر با نسبت فاصله متوسط ​​پوسته مغناطیسی واقعی از مرکز زمین در صفحه استوای ژئومغناطیسی به شعاع زمین است. .

تاریخچه تحقیق

چند هزار سال پیش در چین باستانمشخص بود که اجسام مغناطیسی در جهت خاصی قرار دارند، به ویژه، سوزن قطب نما همیشه موقعیت خاصی را در فضا اشغال می کند. به لطف این، بشر از مدت ها قبل توانسته است از چنین فلش (قطب نما) برای حرکت در دریای آزاد دور از سواحل استفاده کند. با این حال، قبل از سفر کلمب از اروپا به آمریکا (1492)، هیچ کس توجه خاصی به مطالعه این پدیده نداشت، زیرا دانشمندان آن زمان معتقد بودند که این امر در نتیجه جذب سوزن توسط ستاره شمالی رخ می دهد. در اروپا و دریاهایی که آن را می شستند، قطب نما در آن زمان تقریباً در امتداد نصف النهار جغرافیایی نصب شده بود. کلمب هنگام عبور از اقیانوس اطلس متوجه شد که تقریباً در نیمه راه بین اروپا و آمریکا، سوزن قطب نما تقریباً 12 درجه به سمت غرب منحرف شده است. این واقعیت بلافاصله تردیدهایی را در مورد درستی فرضیه قبلی در مورد جذب سوزن توسط ستاره شمال ایجاد کرد و انگیزه ای برای مطالعه جدی دوباره ایجاد کرد. پدیده باز: اطلاعات مربوط به میدان مغناطیسی زمین مورد نیاز ملوانان بود. از این لحظه علم مغناطیس زمینی شروع شد، اندازه گیری های گسترده انحراف مغناطیسی شروع شد، یعنی زاویه بین نصف النهار جغرافیایی و محور سوزن مغناطیسی، یعنی نصف النهار مغناطیسی. در سال 1544 دانشمند آلمانی گئورگ هارتمنیک پدیده جدید کشف کرد: سوزن مغناطیسی نه تنها از نصف النهار جغرافیایی منحرف می شود، بلکه با معلق بودن از مرکز ثقل، تمایل دارد در یک زاویه خاص نسبت به صفحه افقی بایستد که به آن میل مغناطیسی می گویند.

از آن لحظه به بعد، همزمان با مطالعه پدیده انحراف، دانشمندان شروع به مطالعه شیب سوزن مغناطیسی نیز کردند. خوزه د آکوستا (یکی از بنیانگذاران ژئوفیزیکبه گفته هومبولت) در او داستان ها(1590) نظریه چهار خط بدون انحراف مغناطیسی برای اولین بار ظاهر شد. وی استفاده از قطب نما، زاویه انحراف، تفاوت بین قطب مغناطیسی و قطب شمال و تغییر انحراف ها از نقطه ای به نقطه دیگر را برای شناسایی مکان هایی با انحراف صفر مانند آزور توصیف کرد.

در نتیجه مشاهدات، مشخص شد که هم انحراف و هم شیب در نقاط مختلف سطح زمین مقادیر متفاوتی دارند. علاوه بر این، تغییرات آنها از نقطه ای به نقطه دیگر تابع الگوهای پیچیده ای است. تحقیقات او به پزشک دربار ملکه الیزابت انگلستان و فیلسوف طبیعی ویلیام گیلبرت اجازه داد تا در سال 1600 در کتاب خود "De Magnete" این فرضیه را مطرح کنند که زمین یک آهنربا است که قطب های آن با قطب های جغرافیایی منطبق است. به عبارت دیگر، دبلیو گیلبرت معتقد بود که میدان زمین شبیه میدان یک کره مغناطیسی شده است. دبلیو گیلبرت بیانیه خود را بر اساس آزمایشی با مدلی از سیاره ما، که یک توپ آهنی مغناطیسی شده، و یک فلش کوچک آهنی است، قرار داد. گیلبرت معتقد بود که استدلال اصلی به نفع فرضیه او این است که میل مغناطیسی اندازه گیری شده در چنین مدلی تقریباً مشابه شیب مشاهده شده در سطح زمین است. گیلبرت اختلاف بین انحراف زمین و انحراف مدل را با اثر انحرافی قاره ها بر روی سوزن مغناطیسی توضیح داد. اگرچه بسیاری از حقایق مشخص شده بعداً با فرضیه هیلبرت مطابقت نداشتند، اما اهمیت خود را تا به امروز از دست نداده است. ایده اصلی گیلبرت مبنی بر اینکه علت مغناطیس زمین را باید در داخل زمین جست و جو کرد درست از آب درآمد، و همچنین این واقعیت که در اولین تقریب، زمین در واقع یک آهنربای بزرگ است که یک توپ مغناطیسی یکنواخت است.

در سال 1634، یک ستاره شناس انگلیسی هنری-گلیبراند؟!دریافتند که انحراف مغناطیسی در لندن در طول زمان تغییر می کند. این اولین شواهد ثبت شده از تغییرات سکولار بود - تغییرات منظم (از سال به سال) در مقادیر متوسط ​​سالانه اجزای میدان ژئومغناطیسی.

زاویه انحراف و شیب، جهت نیروی میدان مغناطیسی زمین را در فضا تعیین می کند، اما نمی تواند مقدار عددی آن را ارائه دهد. تا پایان قرن هجدهم. اندازه گیری شدت انجام نشد، زیرا قوانین برهمکنش بین میدان مغناطیسی و اجسام مغناطیسی مشخص نبود. تنها پس از آن در 1785-1789. فیزیکدان فرانسوی شارل کولن قانونی به نام او وضع کرد و امکان چنین اندازه گیری هایی ممکن شد. از اواخر قرن هجدهم، همراه با مشاهده انحراف و شیب، مشاهدات گسترده ای از مولفه افقی آغاز شد که بردار شدت میدان مغناطیسی را بر روی صفحه افقی نشان می دهد (با دانستن انحراف و شیب، می توان مقدار بردار شدت میدان مغناطیسی کل را محاسبه کنید).

اولین کار نظریدرباره اینکه میدان مغناطیسی زمین چیست، یعنی قدر و جهت شدت آن در هر نقطه از سطح زمین چقدر است، به کارل گاوس، ریاضیدان آلمانی تعلق دارد. در سال 1834، او یک بیان ریاضی برای مؤلفه های کشش به عنوان تابعی از مختصات - طول و عرض جغرافیایی محل مشاهده ارائه داد. با استفاده از این عبارت، این امکان وجود دارد که هر نقطه از سطح زمین مقادیر هر یک از اجزایی را که به آنها عناصر مغناطیس زمین می گویند، بیابد. این و آثار دیگر گاوس پایه‌ای شد که ساختمان بر روی آن ساخته شد علم مدرندر مورد مغناطیس زمینی به ویژه در سال 1839 او ثابت کرد که بخش اصلی میدان مغناطیسی از زمین خارج می شود و علت انحرافات کوچک و کوتاه در مقادیر آن را باید در محیط خارجی جستجو کرد.

در سال 1831، کاوشگر قطبی انگلیسی، جان راس، قطب شمال مغناطیسی را در مجمع الجزایر کانادا کشف کرد - منطقه ای که سوزن مغناطیسی در آن قرار دارد. موقعیت عمودییعنی شیب 90 درجه است. و در سال 1841، جیمز راس (برادرزاده جان راس) به قطب مغناطیسی دیگر زمین، واقع در قطب جنوب، رسید.

همچنین ببینید

• مغناطیس بین (انگلیسی)

یادداشت

1. دانشمندان آمریکایی دریافته اند که میدان مغناطیسی زمین 700 میلیون سال قدیمی تر از آن چیزی است که قبلا تصور می شد.
2. ادوارد کونوویچ. میدان مغناطیسی زمین (تعریف نشده) . http://www.krugosvet.ru/. دایره المعارف در سراسر جهان: دایره المعارف علمی عمومی آنلاین جهانی. بازیابی شده در 2017-04-26.
3. ژئومغناطیس - سوالات متداول(انگلیسی) . https://www.ngdc.noaa.gov/ngdc.html. مراکز ملی اطلاعات محیطی (NCEI). بازبینی شده در ۲۳ آوریل ۲۰۱۷.
4. A. I. Dyachenko.قطب های مغناطیسی زمین - مسکو: انتشارات مرکز مسکو برای آموزش مداوم ریاضی، 2003. - 48 ص. - ISBN 5-94057-080-1.
5. A. V. Vikulin. VII. میدان ژئومغناطیسی و الکترومغناطیس زمین// مقدمه ای بر فیزیک زمین. آموزشبرای تخصص های ژئوفیزیک دانشگاه ها.. - انتشارات دولتی کامچاتکا دانشگاه تربیتی، 2004. - 240 ص. - ISBN 5-7968-0166-X.