지구 자기장의 구조와 특성
지구의 자기장 또는 지자기장은 자성입니다
지구 자체의 자기장 (지 자기장)은 다음과 같은 주요 부분으로 나눌 수 있습니다.
- 주요 분야,
- 세계 변칙의 분야,
- 외부 자기장.
- 주요 분야
그 중 90 % 이상은 지구 내부, 액체 외핵에서 발생하는 장으로 구성되어 있으며, 이를 주 장, 주 장 또는 일반 장이라고합니다.
일련의 고조파로 근사화됩니다.Gaussian 시리즈의, 그리고 지구 표면 근처의 첫 번째 근사치 (반지름의 최대 3 개)에서 자기 쌍극자 장에 가깝습니다. 북쪽에서 남쪽으로.
- 세계 변칙의 분야
지구의 실제 자기장선,평균적으로 그들은 쌍극자 자기장 선에 가깝지만 표면에 가까운 지각에 자화된 암석이 존재하는 것과 관련된 국지적인 불규칙성에서 그것들과 다릅니다.
이로 인해 지구상의 일부 지역에서는표면적으로는 자기장 매개변수가 인근 지역의 값과 크게 달라 소위 자기 이상 현상이 형성되는데, 이를 유발하는 자화체가 서로 다른 깊이에 있을 경우 서로 겹칠 수 있습니다.
- 외부 자기장
현재의 형태로 소스에 의해 결정됩니다.지구 표면 너머 대기에 위치한 시스템. 대기의 상부(100km 이상) - 전리층 - 분자가 이온화되어 더 높이 올라가는 조밀하고 차가운 플라즈마를 형성하므로 전리층 위의 지구 자기권 부분은 최대 3 거리까지 확장됩니다. 그 반경은 다음과 같습니다.플라즈마.
플라즈마는 지구 자기장에 의해 유지되지만 그 상태는 태양풍과의 상호 작용, 즉 태양 코로나의 플라즈마 흐름에 의해 결정됩니다.
따라서 표면에서 더 먼 거리에지구 자기장은 태양풍의 영향으로 왜곡되기 때문에 비대칭입니다. 태양 측면에서는 압축되고 태양 방향에서는 수십만 킬로미터에 걸쳐 확장되는 "트레일"을 얻습니다. , 달의 궤도를 넘어갑니다.
이 독특한 "꼬리" 모양은 태양풍의 플라즈마와 태양 미립자 흐름이 지구 표면 주위를 흐를 때 발생합니다.자기권- 태양 및 기타 행성 간 소스가 아닌 여전히 지구의 자기장에 의해 제어되는 지구 근처 공간의 영역입니다.
그녀는 행성간 공간에서 분리되어 있다자기 중지, 태양풍의 동적 압력은 자체 자기장의 압력과 균형을 이룹니다.
- 필드 매개 변수
선의 위치를 시각적으로 표현지구 자기장의 자기 유도는 자기 바늘에 의해 제공되며, 수직 및 수평 축 (예 : 짐벌)을 중심으로 자유롭게 회전 할 수 있도록 고정되어 있습니다.-지구 표면 근처의 각 지점에서 이 라인을 따라 특정 방식으로 설치됩니다.
자기극과 지리학적 극이 일치하지 않기 때문에 자기침은 대략적으로 북쪽에서 남쪽으로 방향을 나타냅니다.
자침이 설치된 수직면을 해당 장소의 자오선 평면이라 하고, 이 평면이 지구 표면과 교차하는 선을 라 한다.자기 자오선.
따라서 자기 자오선은 투영입니다.지구 자기장의 힘선이 표면에 나타나 북극과 남극에서 수렴합니다. 자기 자오선 방향과 지리적 자오선 방향 사이의 각도를 호출합니다.자기 편각.
서양 일 수 있습니다 (종종자기 바늘의 북극이 지리적 자오선의 수직면에서 서쪽 또는 동쪽으로 이탈하는지 여부에 따라 기호 "-") 또는 동쪽 ( "+"기호).
또한 일반적으로 지구 자기장의 선은 다음과 같습니다.표면과 평행하지 않습니다. 이는 지구 자기장의 자기 유도가 주어진 장소의 수평선에 있지 않고 이 평면과 특정 각도를 형성한다는 것을 의미합니다.자기 성향. 점에서만 0에 가깝습니다.자기 적도- 자기축에 수직인 평면상의 큰 원.
지구 자기장의 수치 모델링 결과: 왼쪽 - 정상, 오른쪽 - 반전 중
지구 자기장의 특성
자기장의 존재를 처음으로 설명하다지구와 태양은 1919년 J. 라모어(J. Larmore)가 발전기의 개념을 제안하면서 시도되었습니다. 이에 따르면 천체의 자기장의 유지는 전기 전도 매체의 유체 역학적 움직임의 영향을 받아 발생합니다.
그러나 1934년 T. 카울링(T. Cowling)은 유체역학적 다이나모 메커니즘을 통해 축대칭 자기장을 유지하는 것이 불가능하다는 정리를 증명했습니다.
그리고 대부분의 천체가 연구되었으므로 (그리고특히 지구)는 축 대칭으로 간주되었으며, 이를 바탕으로 해당 필드도 축 대칭일 것이라고 가정할 수 있었으며 이 정리에 따르면 이 원리에 따른 생성이 불가능할 것입니다.
Albert Einstein조차도 회의적이었습니다.단순한 (대칭) 솔루션이 존재할 수 없다면 그러한 발전기의 타당성. 훨씬 나중에 자기장 생성 과정을 설명하는 축 대칭을 갖는 모든 방정식이 1950 년대에도 축 대칭 솔루션을 갖는 것은 아니라는 것이 밝혀졌습니다. 비대칭 솔루션이 발견되었습니다.
이후 다이나모 이론이 성공적으로 개발되었으며,오늘날 지구와 다른 행성의 자기장의 기원에 대해 일반적으로 받아들여지는 가장 유력한 설명은 다음과 같이 생성되고 증폭된 자기장에서 도체가 움직일 때 도체에 전류가 생성되는 것을 기반으로 하는 자려 발전기 메커니즘입니다. 이러한 흐름 자체.
필요한 조건은 지구의 핵심에서 생성됩니다.전류를 완벽하게 전도하는 4-6,000 켈빈 정도의 온도에서 주로 철로 구성된 액체 외핵에서 대류 흐름이 생성되어 고체 내핵에서 열을 제거합니다(방사성 원소의 붕괴로 인해 생성됨). 행성이 점차 냉각되면서 내핵과 외핵 사이의 경계에서 물질이 응고될 때 잠열이 방출됩니다.
코리올리 힘은 이러한 흐름을 회전시켜소위 테일러 기둥을 형성하는 특징적인 나선. 층의 마찰로 인해 전하를 획득하여 루프 전류를 형성합니다. 따라서 전류 시스템은 패러데이 디스크에서와 같이 (초기에는 매우 약하기는 하지만) 자기장에서 움직이는 도체의 전도 회로를 따라 순환하는 방식으로 생성됩니다.
그것은 자기장을 생성하는데, 이는 다음과 같습니다.유리한 흐름 기하학은 초기 필드를 향상시키고 이는 차례로 전류를 향상시키고 전류 증가와 함께 증가하는 줄 열로 인한 손실이 유체 역학적 움직임으로 인해 도착하는 에너지 유입의 균형을 이룰 때까지 증폭 프로세스가 계속됩니다.
발전기가세차 또는 조력으로 인해 흥분됩니다. 즉 에너지의 원천이 지구 자전이라는 것입니다. 그러나 가장 널리 퍼지고 발전된 가설은 이것이 정확히 열 화학적 대류라는 것입니다.
지구 자기장의 변화
자기장 반전은 행성의 지질 학적 역사에서 지구 자기장의 방향이 바뀌는 것입니다 (고자기법으로 결정).
반전하는 동안 북극 자극과 남쪽자극의 위치가 바뀌고 나침반 바늘이 반대 방향을 가리키기 시작합니다. 반전은 존재하는 동안 한번도 발생하지 않은 비교적 드문 현상입니다.호모 사피엔스... 아마도 마지막으로 일어난 일은 약 78 만년 전이었을 것입니다.
자기장 반전은 수만 년부터 반전이 발생하지 않았던 수천만 년의 조용한 자기장의 거대한 기간까지의 시간 간격으로 발생했습니다.
따라서극점 변화의 주기성이며이 과정은 확률 적이라고 간주됩니다. 오랜 기간의 조용한 자기장에 이어 서로 다른 지속 시간으로 여러 번의 반전 기간이 발생할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 연구에 따르면 자극의 변화는 수백 년에서 수십만 년까지 지속될 수 있습니다.
Johns Hopkins University (미국)의 전문가반전 과정에서 지구의 자기권이 너무 약해져 우주 복사가 지구 표면에 도달 할 수 있으므로이 현상은 행성의 살아있는 유기체에 해를 끼칠 수 있으며 다음 극의 변화는 인류에게 더욱 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 전 세계적인 재앙에.
최근 몇 년간의 과학적 연구 결과 (실험에 포함됨) 고정 난류 발전기에서 자기장 방향 ( "점프")의 무작위 변화 가능성. 블라디미르 파블로프 지구 물리학 연구소의 지자기 연구 소장에 따르면, 반전은 인간의 기준에 따라 다소 긴 과정입니다.
리즈 욘 마운드 대학과 필 리버모어 대학의 지구 물리학 자들은 2 천년 안에 지구 자기장이 반전 될 것이라고 믿습니다.
지구 자극의 변위
처음으로 북극의 자극 좌표가 밝혀졌습니다.반구는 1831년에 정의되었고, 다시 1904년에 정의되었으며, 그 다음에는 1948년과 1962년, 1973년, 1984년, 1994년에 정의되었습니다. 남반구에서는 1841년, 다시 1908년에. 자극의 변위는 1885년부터 기록되었습니다. 지난 100년 동안 남반구의 자극은 거의 900km를 이동하여 남빙양으로 들어갔습니다.
북극 상태에 대한 최신 데이터자극(북극해를 통해 동시베리아 세계 자기 이상 현상을 향해 이동)은 1973년부터 1984년까지 이동 거리가 120km, 1984년부터 1994년까지 150km 이상인 것으로 나타났습니다. 이 데이터는 추정치이지만 북극 자극을 측정하여 확인됩니다.
극의 위치가 처음으로 기록된 1831년 이후, 2019년까지 극은 이미 시베리아 방향으로 2,300km 이상 이동했으며 계속해서 가속도를 가지고 움직입니다.
이동 속도가 15km에서2000 년부터 2019 년에는 55km / 년. 이러한 빠른 드리프트는 스마트 폰의 나침반이나 선박 및 항공기 용 백업 내비게이션 시스템과 같이 지구 자기장을 사용하는 내비게이션 시스템을 더 자주 조정해야합니다.
지구 자기장의 세기가 떨어지고 있다고르지 못한. 지난 22년 동안 평균 1.7% 감소했으며 남대서양과 같은 일부 지역에서는 10% 감소했습니다. 일부 지역에서는 일반적인 추세와 달리 자기장의 강도가 증가했습니다.
극의 움직임 가속 (평균 3km / 년) 및 자극 역전의 회랑을 따른 그들의 움직임(이 회랑은 400개 이상의 고역전을 나타낼 수 있게 함)은 극의 이 운동에서 소풍이 아니라 지구 자기장의 또 다른 역전을 보아야 함을 시사합니다 .
지구의 자기장은 어떻게 생겨났을까?
Scripps Oceanographic Institute의 전문가캘리포니아 대학은 행성의 자기장이 맨틀에 의해 형성되었다고 제안했습니다. 미국 과학자들은 13년 전에 프랑스 연구진이 제안한 가설을 개발했습니다.
시간이 지남에 따라전문가들은 자기장을 생성하는 것이 지구의 외핵이라고 주장했습니다. 그러나 프랑스의 전문가들은 행성의 맨틀이 (탄생 순간부터) 항상 단단했다고 제안했습니다.
이 결론은 과학자들로 하여금자기장을 형성할 수 있는 것은 핵이 아니라 하부 맨틀의 액체 부분이라는 사실. 맨틀의 구성은 불량 전도체로 간주되는 규산염 물질입니다.
하지만 하부 맨틀은 그대로 남아 있어야 했기 때문에수십억 년 동안 액체 내부의 액체의 움직임은 전류를 생성하지 않았지만 단순히 자기장을 생성하는 데 필요했습니다.
오늘날 전문가들은 맨틀이이전에 생각했던 것보다 더 강력한 지휘자가 되십시오. 전문가의 이러한 결론은 초기 지구의 상태를 완전히 정당화합니다. 규산염 발전기는 액체 부분의 전기 전도도가 훨씬 높고 압력과 온도가 낮을 때만 가능합니다.
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