Dünyanın manyetik alanının yapısı ve özellikleri
Dünyanın manyetik alanı veya jeomanyetik alanı - manyetik
Dünyanın kendi manyetik alanı (jeomanyetik alan) aşağıdaki ana bölümlere ayrılabilir:
- ana alan,
- dünya anormallikleri alanları,
- dış manyetik alan.
- Ana alan
% 90'ından fazlası, kaynağı Dünya'nın içinde, sıvı dış çekirdekte bulunan bir alandan oluşur - bu bölüme ana, ana veya normal alan denir.
Harmoniklerde bir dizi olarak yaklaştırılır -Gauss serisinin ve Dünya yüzeyine yakın ilk yaklaşımda (yarıçapının üçüne kadar) manyetik dipol alanına yakındır, yani küre, ekseni yaklaşık olarak kuzeyden güneye.
- Dünya anormallikleri alanları
Dünyanın gerçek manyetik alan çizgileri,ortalama olarak dipol alan çizgilerine yakın olmalarına rağmen, yüzeye yakın konumlanmış kabuktaki mıknatıslanmış kayaların varlığıyla ilişkili yerel düzensizlikler bakımından onlardan farklıdırlar.
Bu nedenle dünyanın bazı yerlerindeYüzeyde, alan parametreleri yakın bölgelerdeki değerlerden büyük ölçüde farklılık göstererek manyetik anormallikler oluşturur.Bunlara neden olan mıknatıslanmış cisimler farklı derinliklerde bulunuyorsa bunlar birbirleriyle örtüşebilir.
- Harici manyetik alan
Kaynaklar tarafından akım şeklinde belirlenir.Dünya yüzeyinin ötesinde, atmosferinde bulunan sistemler. Atmosferin üst kısmında (100 km ve üstü) - iyonosfer - molekülleri iyonize edilir, daha yükseğe yükselen yoğun bir soğuk plazma oluşturur, dolayısıyla Dünya'nın manyetosferinin iyonosferin üzerindeki kısmı üç mesafeye kadar uzanır. yarıçapına denirplazmasfer.
Plazma, Dünya'nın manyetik alanı tarafından tutulur, ancak durumu, güneş rüzgarı ile etkileşimi tarafından belirlenir - güneş koronasının plazma akışı.
Böylece yüzeyden daha uzak bir mesafedeDünyanın manyetik alanı, güneş rüzgarının etkisi altında bozulduğu için asimetriktir: Güneş'in yanından sıkıştırılır ve Güneş yönünde yüzbinlerce kilometreye uzanan bir "iz" elde eder. Ay'ın yörüngesinin ötesine geçiyoruz.
Bu tuhaf "kuyruklu" şekil, güneş rüzgarı ve güneş parçacık akışlarının plazması dünya yüzeyinin etrafında aktığında ortaya çıkar.manyetosfer- Güneş ve diğer gezegenlerarası kaynaklar tarafından değil, hala Dünya'nın manyetik alanı tarafından kontrol edilen, Dünya'ya yakın uzayın bir bölgesi.
Gezegenlerarası uzaydan ayrılmıştırmanyetopozGüneş rüzgarının dinamik basıncının kendi manyetik alanının basıncı ile dengelendiği yer.
- Alan parametreleri
Çizgilerin konumunun görsel temsiliDünya alanının manyetik indüksiyonu, hem dikey hem de yatay eksen etrafında (örneğin, bir gimbalde) serbestçe dönebilecek şekilde sabitlenmiş manyetik bir iğne ile sağlanır - Dünya yüzeyine yakın her noktada bu hatlar boyunca belirli bir şekilde kurulur.
Manyetik ve coğrafi kutuplar çakışmadığı için manyetik iğne kuzeyden güneye doğru yönü yalnızca yaklaşık olarak gösterir.
Manyetik iğnenin yerleştirildiği dikey düzleme, belirli bir yerin manyetik meridyeninin düzlemi denir ve bu düzlemin Dünya yüzeyiyle kesiştiği çizgiye denir.manyetik meridyen.
Dolayısıyla manyetik meridyenler projeksiyonlardırDünyanın manyetik alanının yüzeyindeki kuvvet çizgileri, kuzey ve güney manyetik kutuplarında birleşiyor. Manyetik ve coğrafi meridyenlerin yönleri arasındaki açıya denir.manyetik sapma.
Batı olabilir (genellikle gösterilirmanyetik iğnenin kuzey kutbunun coğrafi meridyenin dikey düzleminden batıya veya doğuya sapmasına bağlı olarak "-" işareti) veya doğu ("+" işareti).
Ayrıca, genel olarak konuşursak, Dünya'nın manyetik alanının çizgileri,yüzeyine paralel değildir. Bu, Dünya alanının manyetik indüksiyonunun belirli bir yerin ufuk düzleminde olmadığı, ancak bu düzlemle belirli bir açı oluşturduğu anlamına gelir - buna denirmanyetik eğim. Sadece bazı noktalarda sıfıra yakınmanyetik ekvator- manyetik eksene dik bir düzlemde büyük bir daire.
Dünyanın manyetik alanının sayısal modellemesinin sonuçları: solda - normal, sağda - ters çevirme sırasında
Dünyanın manyetik alanının doğası
Manyetik alanların varlığını ilk kez açıkladıDünya ve Güneş, 1919'da J. Larmore tarafından denendi ve bir gök cisminin manyetik alanının korunmasının, elektriksel olarak iletken bir ortamın hidrodinamik hareketinin etkisi altında gerçekleştiği bir dinamo konseptini önerdi.
Ancak 1934'te T. Cowling, hidrodinamik bir dinamo mekanizması yoluyla eksenel simetrik bir manyetik alanı korumanın imkansızlığıyla ilgili bir teoremi kanıtladı.
Ve incelenen gök cisimlerinin çoğu (ve(özellikle Dünya) eksenel olarak simetrik kabul edildiyse, buna dayanarak alanlarının da eksenel olarak simetrik olacağı varsayımını yapmak mümkündü ve o zaman bu prensibe göre üretilmesi bu teoremlere göre imkansız olacaktı.
Albert Einstein bile şüpheliydiBasit (simetrik) çözümlerin var olmaması koşuluyla böyle bir dinamonun uygulanabilirliği. Ancak çok sonra, manyetik alan oluşturma sürecini tanımlayan eksenel simetriye sahip tüm denklemlerin 1950'lerde bile eksenel simetrik bir çözüme sahip olmayacağı gösterildi. asimetrik çözümler bulundu.
O zamandan beri dinamo teorisi başarıyla geliştirildi veBugün, Dünya'nın ve diğer gezegenlerin manyetik alanının kökenine ilişkin genel olarak kabul edilen en olası açıklama, bir iletkenin oluşturduğu ve güçlendirdiği bir manyetik alan içinde hareket ederken, içinde bir elektrik akımının oluşmasına dayanan, kendi kendini harekete geçiren bir dinamo mekanizmasıdır. bu akımların kendisi.
Gerekli koşullar Dünya'nın çekirdeğinde yaratılmıştır:Akımı mükemmel şekilde ileten, esas olarak 4-6 bin kelvin civarında bir sıcaklıkta demirden oluşan sıvı dış çekirdekte, katı iç çekirdekten ısıyı uzaklaştıran (radyoaktif elementlerin bozunması nedeniyle oluşan) konvektif akışlar oluşturulur veya Gezegen yavaş yavaş soğurken, madde iç ve dış çekirdek arasındaki sınırda katılaştığında gizli ısının açığa çıkması).
Coriolis kuvvetleri bu akışları döndürerekTaylor sütunlarını oluşturan karakteristik spiraller. Katmanların sürtünmesi nedeniyle, döngü akımları oluşturan bir elektrik yükü alırlar. Böylece, Faraday diskinde olduğu gibi (başlangıçta çok zayıf da olsa mevcut) manyetik alanda hareket eden iletkenlerde iletken devre boyunca dolaşan bir akım sistemi oluşturulur.
Bir manyetik alan yaratır ve bu,uygun akış geometrisi başlangıç alanını güçlendirir ve bu da akımı arttırır ve amplifikasyon süreci, artan akımla büyüyen Joule ısısından kaynaklanan kayıplar, hidrodinamik hareketler nedeniyle gelen enerji akışını dengeleyene kadar devam eder.
Dinamo'nunpresesyon veya gelgit kuvvetleri nedeniyle heyecanlanmak, yani enerjinin kaynağı Dünya'nın dönüşüdür, ancak en yaygın ve gelişmiş hipotez, bunun tam olarak termokimyasal konveksiyon olduğudur.
Dünyanın manyetik alanındaki değişiklikler
Manyetik alanın ters çevrilmesi, gezegenin jeolojik tarihinde (paleomanyetik yöntemle belirlenen) Dünya'nın manyetik alanının yönündeki bir değişikliktir.
Tersine çevrilme sırasında kuzey manyetik kutbu ve güney manyetik kutbuManyetik kutuplar yer değiştirir ve pusula iğnesi ters yönü göstermeye başlar. İnversiyon, varlığı sırasında hiç meydana gelmeyen, nispeten nadir bir olgudur.Homo sapiens... Muhtemelen, en son 780 bin yıl önceydi.
Manyetik alanın tersine dönmesi, onbinlerce yıldan, hiçbir geri dönüşün olmadığı on milyonlarca yıllık sessiz manyetik alan dönemlerine kadar değişen zaman aralıklarında meydana geldi.
Böylece hayırkutup değişiminde periyodiklik ve bu süreç stokastik olarak kabul edilir. Sessiz bir manyetik alanın uzun sürelerini, farklı sürelere sahip çoklu geri dönüş dönemleri izleyebilir ve bunun tersi de geçerlidir. Araştırmalar, manyetik kutuplardaki bir değişikliğin birkaç yüz ila birkaç yüz bin yıl sürebileceğini gösteriyor.
Johns Hopkins Üniversitesi'nden (ABD) uzmanlarTers dönüşler sırasında, Dünya'nın manyetosferinin o kadar zayıfladığı ve kozmik radyasyonun Dünya yüzeyine ulaşabileceği, bu nedenle bu fenomenin gezegendeki canlı organizmalara zarar verebileceği ve bir sonraki kutup değişiminin insanlık için daha da ciddi sonuçlara yol açabileceği varsayılmaktadır. küresel bir felakete.
Son yıllarda bilimsel çalışmalar göstermiştir (dahildeney dahil) sabit bir türbülanslı dinamoda manyetik alanın yönündeki rastgele değişikliklerin olasılığı ("sıçramalar"). Dünya Fiziği Enstitüsü'ndeki jeomanyetizma laboratuvarı başkanı Vladimir Pavlov'a göre, ters çevirme insan standartlarına göre oldukça uzun bir süreçtir.
Leeds Yon Mound Üniversitesi ve Phil Livermore'daki jeofizikçiler, birkaç bin yıl içinde Dünya'nın manyetik alanının tersine döneceğine inanıyorlar.
Dünyanın manyetik kutuplarının yer değiştirmesi
İlk kez Kuzeydeki manyetik kutbun koordinatlarıyarımküreler 1831'de, yine 1904'te, ardından 1948 ve 1962, 1973, 1984, 1994'te tanımlandı; Güney Yarımküre'de - yine 1841'de - 1908'de. Manyetik kutupların yer değiştirmesi 1885'ten beri kaydedilmektedir. Son 100 yılda Güney Yarımküre'deki manyetik kutup neredeyse 900 km hareket ederek Güney Okyanusu'na girdi.
Kuzey Kutbu'nun durumuna ilişkin en son verilermanyetik kutup (Arktik Okyanusu boyunca Doğu Sibirya dünyasına doğru ilerleyen manyetik anomali), 1973'ten 1984'e kadar yolculuğunun 120 km, 1984'ten 1994'e kadar - 150 km'den fazla olduğunu gösterdi. Bu veriler tahmin olmasına rağmen kuzey manyetik kutbunun ölçümleriyle doğrulanmaktadır.
Direğin konumunun ilk kez kaydedildiği 1831'den sonra, 2019 yılına gelindiğinde kutup zaten 2.300 km'den fazla Sibirya'ya doğru kaymıştı ve ivmeyle hareket etmeye devam ediyor.
Hareketinin hızı 15 km'den2000 yılında, 2019'da 55 km / yıl'a kadar. Bu hızlı sapma, akıllı telefonlardaki pusulalar veya gemiler ve uçaklar için yedek navigasyon sistemleri gibi Dünya'nın manyetik alanını kullanan navigasyon sistemlerinde daha sık ayarlamalar yapılmasını gerektirir.
Dünyanın manyetik alanının gücü düşüyorve düzensiz. Son 22 yılda ortalama% 1,7 ve Güney Atlantik Okyanusu gibi bazı bölgelerde% 10 azaldı. Bazı yerlerde genel eğilimin aksine manyetik alanın gücü arttı.
Kutupların hareketinin hızlanması (ortalama olarak 3km / yıl) ve manyetik kutupların ters çevirme koridorları boyunca hareket etmeleri (bu koridorlar, 400'den fazla paleoinversiyonu ortaya çıkarmayı mümkün kılmıştır), kutupların bu yer değiştirmesinde kişinin bir sapma değil, Dünya'nın manyetik alanının başka bir tersine döndüğünü görmesi gerektiğini önermektedir. .
Dünyanın manyetik alanı nasıl oluştu?
Scripps Oşinografi Enstitüsü'nden uzmanlarve California Üniversitesi, gezegenin manyetik alanının manto tarafından oluşturulduğunu öne sürdü. Amerikalı bilim adamları, 13 yıl önce Fransa'dan bir grup araştırmacı tarafından önerilen bir hipotez geliştirdiler.
Zamanla bilindiği üzereprofesyoneller, manyetik alanını yaratanın Dünya'nın dış çekirdeği olduğunu savundu. Ancak daha sonra Fransa'dan uzmanlar, gezegenin mantosunun (doğum anından itibaren) her zaman sağlam olduğunu öne sürdü.
Bu sonuç, bilim adamlarını düşündürdüManyetik alanı oluşturabilenin çekirdek değil, alt mantonun sıvı kısmı olduğu gerçeği. Mantonun bileşimi, zayıf iletken olarak kabul edilen silikat bir malzemedir.
Ancak alt mantonun kalması gerektiğindenMilyarlarca yıl boyunca sıvı halde olduğundan, içindeki sıvının hareketi elektrik akımı üretmedi, sadece manyetik bir alan oluşturmak gerekiyordu.
Bugün profesyoneller, mantonundaha önce düşünülenden daha güçlü bir şef olun. Uzmanların bu sonucu, erken Dünya'nın durumunu tamamen haklı çıkarır. Silikat dinamo ancak sıvı kısmının elektriksel iletkenliği çok daha yüksek ve düşük basınç ve sıcaklığa sahipse mümkündür.
Daha fazla oku
Dünyanın ilk doğru haritası oluşturuldu. Herkesin nesi var?
NASA, Mars'ın örneklerini Dünya'ya nasıl teslim edeceklerini anlattı
Rusya'da yörüngesel bir uçak için bir motor test edildi