Maan magneettikentän rakenne ja ominaisuudet
Maan magneettikenttä tai geomagneettinen kenttä - magneettinen
Maan oma magneettikenttä (geomagneettinen kenttä) voidaan jakaa seuraaviin pääosiin:
- pääkenttä,
- maailman poikkeavuuksien kentät,
- ulkoinen magneettikenttä.
- Pääkenttä
Yli 90% siitä koostuu kentästä, jonka lähde on Maan sisällä, nestemäisessä ulkoytimessä - tätä osaa kutsutaan pää-, pää- tai normaalikenttään.
Se on arvioitu sarjaksi harmonisten yliaaltojen joukossa -Gaussin sarjasta, ja ensimmäisessä likiarvossa lähellä maapallon pintaa (enintään kolme sen sädettä) se on lähellä magneettista dipolikenttää, ts. näyttää siltä, että maapallo olisi nauhamagneetti, jonka akseli suunnataan suunnilleen pohjoisesta etelään.
- Maailman poikkeavuuksien kentät
Maan todelliset magneettikenttäviivat,vaikka ne ovat keskimäärin lähellä dipolikenttäviivoja, ne eroavat niistä paikallisilla epäsäännöllisyyksillä, jotka liittyvät magnetoituneiden kivien esiintymiseen pinnan lähellä sijaitsevassa kuoressa.
Tämän vuoksi joissakin paikoissa maan päälläPinnalla kenttäparametrit poikkeavat suuresti lähialueiden arvoista muodostaen ns. magneettisia poikkeamia, jotka voivat mennä päällekkäin, jos niitä aiheuttavat magnetoidut kappaleet sijaitsevat eri syvyyksillä.
- Ulkoinen magneettikenttä
Sen määräävät virran muodossa olevat lähteetjärjestelmät, jotka sijaitsevat maanpinnan ulkopuolella, sen ilmakehässä. Ilmakehän yläosassa (100 km ja enemmän) - ionosfäärissä - sen molekyylit ionisoituvat muodostaen tiheän kylmän plasman, joka kohoaa korkeammalle, siksi ionosfäärin yläpuolella oleva Maan magnetosfäärin osa, joka ulottuu jopa kolmen etäisyydelle. sen säteistä, kutsutaanplasmasfääri.
Plasmaa pitää maapallon magneettikenttä, mutta sen tilan määrää sen vuorovaikutus aurinkotuulen - aurinkokoronan plasmavirtauksen kanssa.
Näin ollen suuremmalla etäisyydellä pinnastaMaan magneettikenttä on epäsymmetrinen, koska se vääristyy aurinkotuulen vaikutuksesta: Auringon puolelta se puristuu ja Auringosta suunnassa se saa satojen tuhansien kilometrien pituisen ”polun” , ylittää Kuun kiertoradan.
Tämä erikoinen "häntämuoto" syntyy, kun aurinkotuulen plasma ja aurinkosoluvirtaukset virtaavat maan pinnan ympäri.magnetosfääri- Maan lähiavaruuden alue, jota edelleen hallitsee Maan magneettikenttä, ei aurinko ja muut planeettojen väliset lähteet.
Hän on erotettu planeettojen välisestä avaruudestamagnetopaussi, jossa aurinkotuulen dynaaminen paine tasapainotetaan sen oman magneettikentän paineella.
- Kentän parametrit
Viivojen sijainnin visuaalinen esitysMaapallon kentän magneettinen induktio aikaansaadaan magneettineulalla, joka on kiinnitetty siten, että se voi kiertää vapaasti sekä pysty- että vaaka-akselin ympäri (esimerkiksi kardaanissa) - jokaisessa kohdassa lähellä maapalloa asennetaan tietyllä tavalla näitä linjoja pitkin.
Koska magneettiset ja maantieteelliset navat eivät täsmää, magneettineula osoittaa suunnan pohjoisesta etelään vain suunnilleen.
Pystytasoa, johon magneettineula on asennettu, kutsutaan tietyn paikan magneettisen meridiaanin tasoksi ja viivaa, jota pitkin tämä taso leikkaa maan pinnan, kutsutaan ns.magneettinen pituuspiiri.
Siten magneettiset meridiaanit ovat projektioitaMaan magneettikentän voimalinjat sen pinnalla, lähentyvät pohjoisen ja etelän magneettinapoissa. Magneettisen ja maantieteellisen meridiaanin suuntien välistä kulmaa kutsutaanmagneettinen deklinaatio.
Se voi olla länsimainen (usein merkittymerkki "-") tai itään (merkki "+"), riippuen siitä, poikkeaako magneettineulan pohjoisnapa maantieteellisen pituuspiirin pystytasosta länteen vai itään.
Lisäksi maan magneettikentän linjat yleisesti ottaeneivät ole samansuuntaisia sen pinnan kanssa. Tämä tarkoittaa, että Maan kentän magneettinen induktio ei sijaitse tietyn paikan horisonttitasossa, vaan muodostaa tietyn kulman tämän tason kanssa - sitä kutsutaan ns.magneettinen kaltevuus. Se on lähellä nollaa vain pisteissämagneettinen päiväntasaaja- suuri ympyrä tasossa, joka on kohtisuorassa magneettiakseliin nähden.
Maan magneettikentän numeerisen mallinnuksen tulokset: vasemmalla - normaali, oikealla - inversion aikana
Maan magneettikentän luonne
Selitä magneettikenttien olemassaolo ensimmäistä kertaaMaata ja aurinkoa yritti J. Larmore vuonna 1919 ehdottaen dynamon konseptia, jonka mukaan taivaankappaleen magneettikentän ylläpito tapahtuu sähköä johtavan väliaineen hydrodynaamisen liikkeen vaikutuksesta.
Kuitenkin vuonna 1934 T. Cowling osoitti lauseen mahdottomuudesta ylläpitää akselisymmetristä magneettikenttää hydrodynaamisella dynamomekanismilla.
Ja koska suurin osa taivaankappaleista tutkittiin (jaerityisesti Maata) pidettiin aksiaalisesti symmetrisinä, tämän perusteella voitiin olettaa, että niiden kenttä olisi myös aksiaalisesti symmetrinen, jolloin sen generointi tämän periaatteen mukaan olisi näiden lauseiden mukaan mahdotonta.
Jopa Albert Einstein oli skeptinentällaisen dynamon toteutettavuus edellyttäen, että yksinkertaisia (symmetrisiä) ratkaisuja ei ole olemassa. Vasta paljon myöhemmin osoitettiin, että kaikilla magneettikentän muodostumisprosessia kuvaavilla aksiaalisen symmetrian yhtälöillä ei ole aksiaalisesti symmetristä ratkaisua edes 1950-luvulla. epäsymmetrisiä ratkaisuja on löydetty.
Siitä lähtien dynamoteoriaa on kehitetty menestyksekkäästiNykyään yleisesti hyväksytty todennäköisin selitys Maan ja muiden planeettojen magneettikentän alkuperälle on itsekiihtyvä dynamomekanismi, joka perustuu sähkövirran syntymiseen johtimessa sen liikkuessa magneettikentässä, jonka synnyttää ja vahvistaa nämä virrat itse.
Tarvittavat olosuhteet luodaan maan ytimeen:nestemäisessä ulkoytimessä, joka koostuu pääosin 4–6 tuhannen kelvinin luokkaa olevasta raudasta ja joka johtaa täydellisesti virtaa, syntyy konvektiivisia virtauksia, jotka poistavat lämpöä kiinteästä sisäytimestä (syntyy radioaktiivisten alkuaineiden hajoamisen tai piilevän lämmön vapautuminen, kun aine jähmettyy sisä- ja ulkoytimen välisellä rajalla planeetan vähitellen jäähtyessä).
Coriolis-voimat pyörittävät näitä virtauksiatyypillisiä spiraaleja, jotka muodostavat niin kutsutut Taylor-pilarit. Kerrosten kitkan vuoksi ne hankkivat sähkövarauksen muodostaen silmukkavirtoja. Täten syntyy virtajärjestelmä, joka kiertää johtavaa piiriä pitkin johtimissa, jotka liikkuvat (alkuperäisessä, vaikkakin hyvin heikossa) magneettikentässä, kuten Faraday-levyssä.
Se luo magneettikentän, joka, kunsuotuisa virtausgeometria tehostaa alkukenttää ja tämä puolestaan tehostaa virtaa, ja vahvistusprosessi jatkuu, kunnes Joule-lämmön aiheuttamat häviöt, jotka kasvavat virran kasvaessa, tasapainottavat hydrodynaamisten liikkeiden johdosta tulevaa energiaa.
On ehdotettu, että dynamo voisiolla innostunut precession tai vuorovesi voimien vuoksi, eli että energian lähde on Maan pyöriminen, kuitenkin yleisin ja kehittynein hypoteesi on, että tämä on tarkalleen termokemiallinen konvektio.
Muutokset maapallon magneettikentässä
Magneettikentän inversio on muutos Maan magneettikentän suunnassa planeetan geologisessa historiassa (määritetty paleomagneettisella menetelmällä).
Kääntymisen aikana pohjoinen magneettinapa ja eteläMagneettinapat vaihtavat paikkoja, ja kompassin neula alkaa osoittaa vastakkaiseen suuntaan. Inversio on suhteellisen harvinainen ilmiö, jota ei ole koskaan esiintynyt olemassaolon aikanaHomo sapiens... Oletettavasti viimeksi se tapahtui noin 780 tuhatta vuotta sitten.
Magneettikentän käännöksiä tapahtui aikavälein, jotka vaihtelivat kymmenistä tuhansista vuosista valtaviin kymmenien miljoonien vuosien hiljaisiin magneettikentän jaksoihin, jolloin käänteitä ei tapahtunut.
Siten eijaksottaisuus napojen vaihdossa, ja tätä prosessia pidetään stokastisena. Pitkän hiljaisen magneettikentän jaksoja voi seurata useita vaihtoja eri kestoilla ja päinvastoin. Tutkimukset osoittavat, että magneettisten pylväiden muutos voi kestää useista sadoista tuhansiin vuosiin.
Asiantuntijat Johns Hopkinsin yliopistosta (USA)Oletetaan, että käännösten aikana maapallon magnetosfääri heikkeni niin paljon, että kosminen säteily voisi päästä maapallolle, joten tämä ilmiö voi vahingoittaa planeetan eläviä organismeja, ja seuraava napojen vaihto voi johtaa vielä vakavampiin seurauksiin ihmiskunnalle maailmanlaajuiseen katastrofiin.
Viime vuosien tieteellinen työ on osoittanut (mukaan lukienmukaan lukien kokeessa) mahdollisuus satunnaisiin muutoksiin magneettikentän suunnassa ("hyppyjä") paikallaan olevassa turbulentissa dynamossa. Maan fysiikan instituutin geomagnetismin laboratorion johtajan Vladimir Pavlovin mukaan inversio on inhimillisesti suhteellisen pitkä prosessi.
Leedsin yliopiston geofyysikot Yon Mound ja Phil Livermore uskovat, että parin tuhannen vuoden kuluttua tapahtuu maapallon magneettikentän inversio.
Maan magneettisten napojen siirtyminen
Ensimmäistä kertaa magneettisen navan koordinaatit pohjoisessapallonpuoliskot määriteltiin vuonna 1831, jälleen vuonna 1904, sitten 1948 ja 1962, 1973, 1984, 1994; eteläisellä pallonpuoliskolla - vuonna 1841, jälleen - vuonna 1908. Magneettinapojen siirtymiä on kirjattu vuodesta 1885 lähtien. Viimeisten 100 vuoden aikana eteläisen pallonpuoliskon magneettinapa on siirtynyt lähes 900 km ja saapunut eteläiseen valtamereen.
Uusimmat tiedot arktisen alueen tilastamagneettinapa (liikkumassa kohti Itä-Siperian maailman magneettista anomaliaa Jäämeren läpi) osoitti, että vuosina 1973-1984 sen matka oli 120 km, vuosina 1984-1994 - yli 150 km. Vaikka nämä tiedot ovat arvioita, ne vahvistetaan pohjoisen magneettinavan mittauksilla.
Vuoden 1831 jälkeen, jolloin pylvään sijainti mitattiin ensimmäisen kerran, vuoteen 2019 mennessä napa oli siirtynyt jo yli 2300 km Siperiaa kohti ja liikkuu edelleen kiihtyvällä vauhdilla.
Sen liikkeen nopeus kasvoi 15 km: stävuonna 2000 jopa 55 km / vuosi vuonna 2019. Tämä nopea ajautuminen edellyttää useammin säätöjä navigointijärjestelmiin, jotka käyttävät maapallon magneettikenttää, kuten kompassit älypuhelimissa tai laivojen ja lentokoneiden varajärjestelmät.
Maan magneettikentän voimakkuus laskeeja epätasaisesti. Viimeisten 22 vuoden aikana se on laskenut keskimäärin 1,7% ja joillakin alueilla, kuten Etelä-Atlantilla, 10%. Joissakin paikoissa magneettikentän voimakkuus, toisin kuin yleinen suuntaus, jopa kasvoi.
Napojen liikkeen kiihtyminen (keskimäärin 3km / vuosi) ja niiden liikkuminen magneettisten napojen kääntymisen käytävillä (näiden käytävien avulla oli mahdollista paljastaa yli 400 paleoinversiota) viittaa siihen, että tässä pylväiden siirtymässä ei pitäisi nähdä retkiä, vaan toinen maapallon magneettikentän kääntö .
Kuinka maan magneettikenttä syntyi?
Scrippsin merentutkimuslaitoksen asiantuntijatja Kalifornian yliopisto ovat ehdottaneet, että planeetan magneettikentän muodosti vaippa. Amerikkalaiset tutkijat ovat kehittäneet hypoteesin, jonka ryhmä ranskalaisia tutkijoita ehdotti 13 vuotta sitten.
Se tiedetään ajan myötäAmmattilaiset väittivät, että se oli Maan ulompi ydin, joka synnytti sen magneettikentän. Mutta sitten ranskalaiset asiantuntijat ehdottivat, että planeetan vaippa oli aina kiinteä (sen syntymähetkestä lähtien).
Tämä johtopäätös sai tutkijat ajattelemaantosiasia, että magneettikentän ei voinut muodostaa ydin, vaan alemman vaipan nestemäinen osa. Vaipan koostumus on silikaattimateriaali, jota pidetään huonona johtimena.
Mutta koska alemman vaipan piti jäädänesteenä miljardeja vuosia, nesteen liike sen sisällä ei tuottanut sähkövirtaa, vaan oli yksinkertaisesti tarpeen luoda magneettikenttä.
Nykyään ammattilaiset uskovat, että vaippa voisiolla voimakkaampi johtaja kuin aiemmin ajateltiin. Tämä asiantuntijoiden johtopäätös oikeuttaa täysin varhaisen Maan tilan. Silikaattidynamo on mahdollinen vain, jos sen nestemäisen osan sähkönjohtavuus oli paljon suurempi ja sillä oli alhainen paine ja lämpötila.
Lue lisää
Ensimmäinen tarkka maailmankartta luotiin. Mitä vikaa kaikilla muilla on?
NASA kertoi kuinka he toimittavat Marsin näytteitä maapallolle
Orbitaalilentokoneen moottori testattiin Venäjällä