Dünya bir mıknatıs gibidir: Jeomanyetik alan. Dünyanın manyetik alanı
Manyetizma gibi bir fenomen insanlık tarafından çok uzun zamandır bilinmektedir. Adını Küçük Asya'da bulunan Magnetia şehrinden almıştır. Orada büyük miktarda demir cevheri keşfedildi. Benzersiz olanların ilk sözlerine, yaklaşık olarak M.Ö. 1. yüzyılda “Şeylerin Doğası Üzerine” şiirinde bunu yazan Titus Lucretius Cara'nın eserlerinde rastlayabiliriz.
Antik çağlardan beri insanlar kullanım alanı bulmuşlardır. benzersiz özellikler Demir cevheri. Eylemi metallerin çekimine dayanan en yaygın cihazlardan biri pusulaydı. Artık hayal etmek çok zor çeşitli endüstriler basit mıknatıslar ve elektromıknatıslar kullanmayan endüstriler.
Dünyanın manyetik alanı, gezegeni çevreleyen ve onu dış etkenlerden koruyan alandır. zararlı etki radyoaktif Bilim adamları hala bu alanın kökeni hakkında tartışıyorlar. Ancak çoğu, gezegenimizin merkezinin sıvı bir dış ve katı bir iç bileşene sahip olması nedeniyle ortaya çıktığına inanıyor. Dönme sırasında çekirdeğin sıvı kısmı hareket eder, yüklü elektrik parçacıkları hareket eder ve manyetik alan adı verilen bir alan oluşur.
Dünyanın manyetik alanına manyetosfer de denir. “Manyetizma” kavramı doğanın kapsamlı ve küresel bir özelliğidir. Açık şu an Tamamen eksiksiz bir güneş ve karasal yerçekimi teorisi oluşturmak imkansızdır, ancak bilim zaten birçok şeyi çözmeye çalışıyor ve oldukça ikna edici açıklamalar vermeyi başarıyor. çeşitli yönler bu karmaşık fenomen.
İÇİNDE Son zamanlarda Bilim adamları ve sıradan vatandaşlar, Dünya'nın manyetik alanının giderek etkisini zayıflattığından büyük ölçüde endişe duyuyorlar. Son 170 yılda manyetik alanın giderek zayıfladığı bilimsel olarak kanıtlanmıştır. Bu sizi düşündürüyor, çünkü bu Dünya'yı koruyan bir tür kalkan ve yaban hayatı korkunç radyasyon etkilerinden Güneş ışınları. kutuplara doğru uçan tüm bu parçacıkların akışına direnir. Tüm bu akışlar, kutuplardaki atmosferin üst katmanında oyalanarak harika bir fenomen olan kuzey ışıklarını oluşturur.
Eğer Dünya'nın manyetik alanı aniden kaybolursa veya önemli ölçüde zayıflarsa, o zaman gezegendeki her şey kozmik ve kozmik etkilerin doğrudan etkisi altında olacaktır. Güneş radyasyonu. Bu da radyasyon hastalıklarına ve tüm canlı organizmaların zarar görmesine yol açacaktır. Böyle bir felaketin sonucu korkunç mutasyonlar veya tam ölüm olacaktır. Böyle bir gelişmenin pek olası olmadığını görmek bizi çok rahatlattı.
Paleomagnetologlar, manyetik alanın sürekli salındığı ve bu tür salınımların periyodunun değiştiği konusunda oldukça güvenilir veriler sağlayabildiler. Ayrıca alan dalgalanmalarının yaklaşık bir eğrisini derlediler ve şu anda alanın alçalan bir konumda olduğunu ve birkaç bin yıl daha azalmaya devam edeceğini buldular. Daha sonra 4 bin yıl boyunca yeniden yoğunlaşmaya başlayacak. Son maksimum çekim değeri manyetik alan mevcut dönemin başında meydana geldi. Bu istikrarsızlığın nedenleri çeşitli şekillerde ileri sürülmektedir ancak bu konuda spesifik bir teori bulunmamaktadır.
Birçok manyetik alanın canlı organizmalar üzerinde olumsuz etkisi olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Örneğin hayvanlar üzerinde yapılan deneyler, dış manyetik alanın gelişimi geciktirebildiğini, hücre büyümesini yavaşlatabildiğini ve hatta kanın bileşimini değiştirebildiğini göstermiştir. Bu nedenle hava durumuna bağımlı kişilerin sağlığının bozulmasına yol açarlar.
İnsanlar için, Dünya'nın güvenli manyetik alanı, güç değeri 700 Oersted'i geçmeyen bir alandır. şunu belirtmekte yarar var Hakkında konuşuyoruz Dünyanın manyetik alanıyla ilgili değil, Elektromanyetik alanlar herhangi bir radyonun çalışması sırasında oluşan ve elektrikli cihaz.
Dünyanın manyetik alanının insanlar üzerindeki etkisi sürecinin fiziksel tarafı hala tam olarak belli değil. Ancak bunun bitkileri etkilediğini bulmayı başardık: tohumların çimlenmesi ve daha fazla büyümesi doğrudan manyetik alana göre ilk yönelimlerine bağlıdır. Üstelik değişimi bitkinin gelişimini hızlandırabilir veya yavaşlatabilir. Bir gün bu mülkün kullanılması oldukça olasıdır. tarım.
Dünya onun çekim gücüdür. Bazı yerlerde değişiklik gösteriyor ama ortalama 0,5 oersted. Bazı yerlerde (sözde gerginlik 2E'ye çıkar.
Geçtiğimiz yüzyılda çeşitli bilim adamları, Dünya'nın manyetik alanı hakkında çeşitli varsayımlar öne sürdüler. Bunlardan birine göre alan, gezegenin kendi ekseni etrafında dönmesi sonucu ortaya çıkıyor.
Bu, herhangi bir cisim döndüğünde manyetik bir alanın ortaya çıktığı ilginç Barnett-Einstein etkisine dayanmaktadır. Bu etkideki atomlar kendi eksenleri etrafında dönerken kendi manyetik momentlerine sahiptirler. Dünyanın manyetik alanı bu şekilde ortaya çıkıyor. Ancak bu hipotez deneysel testlere dayanamadı. Bu kadar önemsiz olmayan bir şekilde elde edilen manyetik alanın gerçek olandan birkaç milyon kat daha zayıf olduğu ortaya çıktı.
Başka bir hipotez, gezegenin yüzeyindeki yüklü parçacıkların (elektronların) dairesel hareketinden dolayı bir manyetik alanın ortaya çıkmasına dayanmaktadır. Ayrıca iflas ettiği ortaya çıktı. Elektronların hareketi çok zayıf bir alanın ortaya çıkmasına neden olabilir ve bu hipotez, Dünya'nın manyetik alanının tersine dönmesini açıklamıyor. Kuzey manyetik kutbunun kuzey coğrafi kutbu ile çakışmadığı bilinmektedir.
Güneş rüzgarı ve manto akıntıları
Dünyanın ve diğer gezegenlerin manyetik alanının oluşum mekanizması Güneş Sistemi tam olarak araştırılmamıştır ve bilim adamları için hala bir sır olarak kalmaktadır. Bununla birlikte, önerilen bir hipotez, gerçek alan indüksiyonunun ters çevrilmesini ve büyüklüğünü oldukça iyi açıklamaktadır. Dünyanın iç akımlarının çalışmasına dayanır ve Güneş rüzgarı.
Dünyanın iç akımları çok iyi iletkenliğe sahip maddelerden oluşan mantoda akar. Akımın kaynağı çekirdektir. Enerji çekirdekten dünyanın yüzeyine konveksiyon yoluyla aktarılır. Böylece mantoda, yüklü parçacıkların iyi bilinen hareket kanununa göre manyetik bir alan oluşturan maddenin sürekli bir hareketi vardır. Görünümünü yalnızca iç akımlarla ilişkilendirirsek, dönme yönü Dünya'nın dönme yönüne denk gelen tüm gezegenlerin aynı manyetik alana sahip olması gerektiği ortaya çıkar. Ancak öyle değil. Jüpiter'in kuzey coğrafi kutbu, kuzey manyetik kutbuyla çakışmaktadır.
Dünyanın manyetik alanının oluşumuna yalnızca iç akımlar katılmaz. Yüzeyinde meydana gelen reaksiyonların bir sonucu olarak Güneş'ten gelen yüksek enerjili parçacıklardan oluşan bir akım olan güneş rüzgarına tepki verdiği uzun zamandır biliniyordu.
Güneş rüzgarı doğası gereği bir elektrik akımıdır (yüklü parçacıkların hareketi). Dünyanın dönüşüyle \u200b\u200btaşınarak, Dünya'nın manyetik alanının ortaya çıkmasına yol açan dairesel bir akım yaratır.
Makalenin içeriği
DÜNYANIN MANYETİK ALANI. Güneş sistemindeki çoğu gezegenin bir dereceye kadar manyetik alanları vardır. Dipol manyetik moment sıralamasında azalan sıralamada Jüpiter ve Satürn ilk sırada yer almakta, ardından Dünya, Merkür ve Mars gelmektedir ve Dünya'nın manyetik momentine göre momentlerinin değeri 20.000, 500, 1, 3'tür. /5000 3/10000. 1970 yılında Dünyanın dipol manyetik momenti 7,98 10 25 G/cm3 (veya 8,3 10 22 A.m2) idi ve on yıl içinde 0,04 10 25 G/cm3 azaldı. Yüzeydeki ortalama alan kuvveti yaklaşık 0,5 Oe'dir (5·10 –5 T). Dünyanın ana manyetik alanının şekli, üç yarıçaptan daha az mesafelere kadar, eşdeğer bir manyetik dipolün alanına yakındır. Merkezi Dünya'nın merkezine göre 18° Kuzey yönünde kaydırılmıştır. ve 147,8° D. d.Bu dipolün ekseni Dünya'nın dönme eksenine 11,5° eğimlidir. Jeomanyetik kutuplar, karşılık gelen coğrafi kutuplardan aynı açıyla ayrılır. Ayrıca güney jeomanyetik kutbu kuzey yarımkürede yer almaktadır. Şu anda Kuzey Grönland'da Dünya'nın kuzey coğrafi kutbunun yakınında bulunmaktadır. Koordinatları j = 78,6 + 0,04° T N, l = 70,1 + 0,07° T W, burada T 1970'den bu yana geçen onyılların sayısıdır. Kuzey manyetik kutbunda j = 75° S, l = 120.4°D (Antarktika'da). Dünyanın manyetik alanının gerçek manyetik alan çizgileri ortalama olarak bu dipolün alan çizgilerine yakındır ve kabuktaki mıknatıslanmış kayaların varlığıyla ilişkili yerel düzensizliklerde onlardan farklıdır. Jeomanyetik kutup, dünyevi değişimler sonucunda coğrafi kutba göre yaklaşık 1200 yıllık bir periyotla hareket eder. Açık uzun mesafeler Dünyanın manyetik alanı asimetriktir. Güneş'ten yayılan plazma akışının (güneş rüzgarı) etkisi altında, Dünya'nın manyetik alanı bozulur ve Güneş yönünde yüzbinlerce kilometre uzanan, yörüngesinin ötesine geçen bir "iz" elde eder. Ay.
Dünyanın manyetik alanının kökenini ve doğasını inceleyen özel bir jeofizik dalına jeomanyetizma denir. Jeomanyetizma ana, kalıcı bileşenin ortaya çıkışı ve evrimi sorunlarını dikkate alır jeomanyetik alan, değişken bileşenin doğası (ana alanın yaklaşık% 1'i) ve manyetosferin yapısı - Güneş rüzgarıyla etkileşime giren dünya atmosferinin en üstteki mıknatıslanmış plazma katmanları ve Dünya'yı nüfuz eden kozmik radyasyondan korumak. Önemli bir görev, jeomanyetik alan değişimlerinin modellerini incelemektir, çünkü bunlar şunlardan kaynaklanmaktadır: dış etkileröncelikle güneş aktivitesi ile ilişkili .
Manyetik alanın kökeni.
Dünyanın manyetik alanının gözlemlenen özellikleri, bunun hidromanyetik bir dinamo mekanizması nedeniyle ortaya çıktığı fikriyle tutarlıdır. Bu süreçte, gezegenin sıvı çekirdeğindeki veya yıldızın plazmasındaki elektriksel olarak iletken maddenin hareketleri (genellikle konvektif veya türbülanslı) sonucunda orijinal manyetik alan güçlendirilir. Birkaç bin K sıcaklıktaki bir maddenin iletkenliği, zayıf mıknatıslanmış bir ortamda bile meydana gelen konvektif hareketlerin, elektromanyetik indüksiyon yasalarına uygun olarak yeni manyetik alanlar yaratabilen değişen elektrik akımlarını tetikleyebilecek kadar yüksektir. Bu alanların bozulması ya termal enerji yaratır (Joule yasasına göre) ya da yeni manyetik alanların ortaya çıkmasına neden olur. Hareketlerin doğasına bağlı olarak bu alanlar orijinal alanları zayıflatabilir veya güçlendirebilir. Alanı geliştirmek için hareketlerin belirli bir asimetrisi yeterlidir. Böylece, gerekli bir durum hidromanyetik dinamo, iletken bir ortamdaki hareketlerin varlığıdır ve ortamın iç akışlarının belirli bir asimetrisinin (spiralitesinin) varlığı yeterlidir. Bu koşullar sağlandığında, artan akım kuvvetiyle artan Joule ısısından kaynaklanan kayıplar, hidrodinamik hareketler nedeniyle gelen enerji akışını dengeleyene kadar amplifikasyon işlemi devam eder.
Dinamo etkisi, iletken bir sıvı veya gaz plazmasının hareketi nedeniyle manyetik alanların kendiliğinden uyarılması ve sabit bir durumda tutulmasıdır. Mekanizması nesile benzer elektrik akımı ve kendi kendine uyarılan bir dinamodaki manyetik alan. Dünyanın Güneş'in ve gezegenlerin kendi manyetik alanlarının kökeni ve bunların yerel alanları, örneğin güneş lekeleri ve aktif bölgelerin alanları, dinamo etkisi ile ilişkilidir.
Jeomanyetik alanın bileşenleri.
Dünyanın kendi manyetik alanı (jeomanyetik alan) aşağıdaki üç ana bölüme ayrılabilir.
1. Zaman içinde 10 ila 10.000 yıl arasındaki periyotlarla yavaş değişimler (seküler değişimler) yaşayan Dünya'nın ana manyetik alanı, 10–20, 60–100, 600–1200 ve 8000 yıl aralıklarla yoğunlaşmıştır. İkincisi, dipol manyetik momentindeki 1,5-2 katlık bir değişiklikle ilişkilidir.
2. Küresel anormallikler - 10.000 km'ye kadar karakteristik boyutlara sahip bireysel alanların yoğunluğunun% 20'sine kadar eşdeğer dipolden sapmalar. Bu anormal alanlar uzun yıllar ve yüzyıllar boyunca zaman içinde değişimlere yol açan uzun süreli değişimlere maruz kalır. Anormallik örnekleri: Brezilya, Kanada, Sibirya, Kursk. Dünyevi değişimler sırasında küresel anomaliler yer değiştirir, dağılır ve yeniden ortaya çıkar. Alçak enlemlerde boylamda yılda 0,2° oranında batıya doğru bir kayma vardır.
3. Birkaç ila yüzlerce km uzunluğunda dış kabukların yerel bölgelerinin manyetik alanları. Yerkabuğunu oluşturan ve yüzeye yakın yer alan, dünyanın üst katmanındaki kayaların mıknatıslanmasından kaynaklanırlar. En güçlülerinden biri Kursk manyetik anomalisidir.
4. Dünyanın alternatif manyetik alanı (aynı zamanda dış olarak da adlandırılır), dışarıda bulunan mevcut sistemler biçimindeki kaynaklar tarafından belirlenir. yeryüzü ve onun atmosferinde. Bu tür alanların ve bunların değişikliklerinin ana kaynakları, Güneş rüzgarıyla birlikte Güneş'ten gelen ve Dünya'nın manyetosferinin yapısını ve şeklini oluşturan mıknatıslanmış plazmanın parçacık akışlarıdır.
Dünya atmosferinin manyetik alanının yapısı.
Dünyanın manyetik alanı mıknatıslanmış güneş plazmasının akışından etkilenir. Dünya alanıyla etkileşimin bir sonucu olarak, manyetopoz adı verilen Dünya'ya yakın manyetik alanın dış sınırı oluşur. Dünyanın manyetosferini sınırlar. Solar parçacık akışlarının etkisi nedeniyle manyetosferin boyutu ve şekli sürekli değişiyor ve tarafından belirlenen alternatif bir manyetik alan ortaya çıkıyor. dış kaynaklar. Değişkenliği kökenine borçludur mevcut sistemler, üzerinde gelişmekte çeşitli yükseklikler itibaren alt katmanlar iyonosferden magnetopoza kadar. Dünyanın manyetik alanında zamanla meydana gelen değişiklikler çeşitli nedenlerden dolayı, hem süreleri hem de Dünya'daki ve atmosferindeki lokalizasyonları bakımından farklılık gösteren jeomanyetik varyasyonlar olarak adlandırılır.
Manyetosfer, Dünya'nın manyetik alanı tarafından kontrol edilen, Dünya'ya yakın uzayın bir bölgesidir. Manyetosfer, güneş rüzgarının plazma ile etkileşimi sonucu oluşur. üst katmanlar atmosfer ve dünyanın manyetik alanı. Manyetosferin şekli bir boşluktur ve uzun kuyruk manyetik kuvvet çizgilerinin şeklini tekrarlayan. Güneş altı noktası ortalama olarak 10 Dünya yarıçapı uzaklıktadır ve manyetosferin kuyruğu Ay'ın yörüngesinin ötesine uzanır. Manyetosferin topolojisi, manyetosfere güneş plazmasının istila ettiği alanlar ve mevcut sistemlerin doğası tarafından belirlenir.
Manyeto kuyruk oluşur Dünya'nın manyetik alanının kutup bölgelerinden çıkan ve güneş rüzgârının etkisi altında Güneş'ten Dünya'nın gece tarafına kadar yüzlerce Dünya yarıçapına kadar uzanan kuvvet çizgileri. Sonuç olarak, güneş rüzgarı ve güneş parçacık akışlarının plazması, dünyanın manyetosferi etrafında akıyor gibi görünüyor ve ona tuhaf bir kuyruk şekli veriyor. Manyetosferin kuyruğunda, Dünya'dan büyük mesafelerde, Dünya'nın manyetik alanının gücü ve dolayısıyla bunların koruyucu özellikler, zayıflar ve güneş plazmasının bazı parçacıkları dünyanın manyetosferinin iç kısmına ve radyasyon kuşaklarının manyetik tuzaklarına nüfuz edebilir ve girebilir. Manyetosferin başına, aurora oval bölgesine nüfuz ediyor Güneş rüzgarının ve gezegenler arası alanın değişen basıncının etkisi altında kuyruk, auroralara ve auroral akımlara neden olan, çökeltici parçacık akışlarının oluşması için bir yer görevi görür. Manyetosfer, gezegenlerarası uzaydan manyetopoz ile ayrılır. Manyetopoz boyunca, parçacık akış parçacıkları manyetosferin etrafında akar. Güneş rüzgarının Dünya'nın manyetik alanı üzerindeki etkisi bazen çok güçlüdür. Manyetopoz – Güneş rüzgarının dinamik basıncının kendi manyetik alanının basıncıyla dengelendiği, Dünya'nın (veya gezegenin) manyetosferinin dış sınırı. Tipik güneş rüzgarı parametreleriyle, güneş altı noktası Dünya'nın merkezinden 9-11 Dünya yarıçapı uzaktadır. Dünyadaki manyetik bozuklukların olduğu dönemlerde, manyetopoz sabit yörüngenin (6,6 Dünya yarıçapı) ötesine geçebilir. Zayıf bir güneş rüzgarıyla, güneş altı noktası 15-20 Dünya yarıçapı uzaklıkta bulunur.
Güneşli rüzgar -
Plazmanın güneş koronasından gezegenler arası uzaya çıkışı. Dünyanın yörüngesi düzeyinde, güneş rüzgarı parçacıklarının (protonlar ve elektronlar) ortalama hızı yaklaşık 400 km/s'dir, parçacık sayısı 1 cm3 başına birkaç ondur.
Manyetik fırtına.
Manyetik alanın yerel özellikleri bazen saatlerce değişir ve dalgalanır, ardından eski seviyelerine geri döner. Bu fenomene denir manyetik fırtına. Manyetik fırtınalar genellikle dünya çapında aniden ve eş zamanlı olarak başlar.
Jeomanyetik değişimler.
Dünyanın manyetik alanının zaman içinde etkisi altında değişmesi Çeşitli faktörler jeomanyetik değişimler denir. Gözlemlenen manyetik alan kuvveti ile herhangi bir uzun zaman periyodundaki (örneğin bir ay veya bir yıl) ortalama değeri arasındaki farka jeomanyetik değişim denir. Gözlemlere göre jeomanyetik değişimler zaman içinde sürekli olarak değişmektedir ve bu değişimler çoğunlukla periyodiktir.
Günlük varyasyonlar. Jeomanyetik alandaki günlük değişiklikler, esas olarak gün boyunca Güneş'in Dünya'nın iyonosferini aydınlatmasında meydana gelen değişikliklerin neden olduğu Dünya'nın iyonosferindeki akımlar nedeniyle düzenli olarak meydana gelir.
Düzensiz Varyasyonlar. Manyetik alandaki düzensiz değişiklikler, güneş plazma akışının (güneş enerjisi) etkisinden dolayı ortaya çıkar. rüzgar) Dünya'nın manyetosferi üzerinde, ayrıca manyetosfer içindeki değişiklikler ve manyetosferin iyonosfer ile etkileşimi.
27 günlük varyasyonlar. 27 günlük değişimler, jeomanyetik aktivitedeki artışın her 27 günde bir tekrarlanması eğilimi olarak mevcuttur; bu, Güneş'in dünyadaki bir gözlemciye göre dönüş periyoduna karşılık gelir. Bu model, Güneş'in birkaç dönüşü sırasında gözlemlenen uzun ömürlü aktif bölgelerin varlığıyla ilişkilidir. Bu model, manyetik aktivitenin ve manyetik fırtınaların 27 günlük tekrarlanabilirliği şeklinde kendini gösterir.
Mevsimsel değişiklikler. Manyetik aktivitedeki mevsimsel değişiklikler, birkaç yıllık gözlemlerin işlenmesiyle elde edilen manyetik aktiviteye ilişkin aylık ortalama verilere dayanarak güvenle tanımlanır. Genel manyetik aktivitenin artmasıyla genlikleri artar. Manyetik aktivitedeki mevsimsel değişikliklerin ekinoks dönemlerine karşılık gelen iki maksimuma ve gündönümü dönemlerine karşılık gelen iki minimuma sahip olduğu bulunmuştur. Bu farklılıkların nedeni Güneş üzerinde 10 ila 30° kuzey ve güney heliografik enlemlerde gruplanan aktif bölgelerin oluşmasıdır. Bu nedenle, dünyanın ve güneş ekvatorlarının düzlemlerinin çakıştığı ekinoks dönemlerinde, Dünya, Güneş'teki aktif bölgelerin etkisine karşı en hassastır.
11 yıllık varyasyonlar. Güneş aktivitesi ile manyetik aktivite arasındaki bağlantı, 11 yıllık periyotların katları olan uzun gözlem serileri karşılaştırıldığında en açık şekilde ortaya çıkar. güneş aktivitesi. Güneş aktivitesinin en iyi bilinen ölçüsü güneş lekelerinin sayısıdır. Yıllar sonra ortaya çıktı maksimum miktar Güneş lekesi manyetik aktivitesi de en yüksek değerine ulaşır, ancak manyetik aktivitedeki artış, güneş aktivitesindeki artışa bağlı olarak bir miktar gecikir, dolayısıyla bu gecikme ortalama olarak bir yıldır.
Asırlardır süren varyasyonlar– karasal manyetizma elemanlarındaki birkaç yıl veya daha uzun periyotlarla yavaş değişimler. Günlük, mevsimsel ve diğer dış kaynaklı varyasyonlardan farklı olarak, dünyevi varyasyonlar dünyanın çekirdeğinde bulunan kaynaklarla ilişkilidir. Seküler varyasyonların genliği onlarca nT/yıl'a ulaşır; bu tür unsurların ortalama yıllık değerlerindeki değişikliklere seküler varyasyon denir. Seküler varyasyonların izolinleri birkaç nokta etrafında yoğunlaşmıştır - seküler varyasyonun merkezleri veya odakları; bu merkezlerde seküler varyasyonun büyüklüğü maksimum değerlerine ulaşır.
Radyasyon kuşakları ve kozmik ışınlar.
Dünyanın radyasyon kuşakları, Dünya'ya en yakın uzayın, Dünya'yı kapalı manyetik tuzaklar şeklinde çevreleyen iki bölgesidir.
Dünyanın dipol manyetik alanı tarafından yakalanan devasa proton ve elektron akışlarını içerirler. Dünyanın manyetik alanı, Dünya'ya yakın ortamda hareket eden elektrik yüklü parçacıklar üzerinde güçlü bir etkiye sahiptir. uzay. Bu parçacıkların iki ana kaynağı vardır: kozmik ışınlar, yani. enerjik (1 ila 12 GeV arası) elektronlar, protonlar ve çekirdekler ağır elementler, çoğunlukla Galaksinin diğer kısımlarından neredeyse ışık hızlarında geliyor. Ve Güneş tarafından fırlatılan daha az enerjili yüklü parçacıkların (10 5 –10 6 eV) parçacık akışları. Manyetik alanda elektrik parçacıkları spiral şeklinde hareket eder; parçacığın yörüngesi, kuvvet çizgisinin ilerlediği eksen boyunca bir silindirin etrafına sarılmış gibi görünüyor. Bu hayali silindirin yarıçapı parçacığın alan kuvvetine ve enerjisine bağlıdır. Parçacığın enerjisi ne kadar yüksek olursa, belirli bir alan kuvveti için yarıçap (Larmor yarıçapı olarak adlandırılır) o kadar büyük olur. Larmor yarıçapı Dünya'nın yarıçapından çok daha küçükse, parçacık yüzeyine ulaşmaz, ancak Dünyanın manyetik alanı tarafından yakalanır. Larmor yarıçapı Dünya'nın yarıçapından çok daha büyükse, parçacık sanki manyetik alan yokmuş gibi hareket eder; parçacıklar, enerjileri 10 9 eV'den büyükse ekvatoral bölgelerde Dünyanın manyetik alanına nüfuz eder. Bu tür parçacıklar atmosferi istila eder ve atomlarıyla çarpıştıklarında belirli miktarlarda ikincil kozmik ışınlar üreten nükleer dönüşümlere neden olur. Bu ikincil kozmik ışınlar halihazırda Dünya yüzeyinde tespit ediliyor. Kozmik ışınları orijinal formlarında (birincil kozmik ışınlar) incelemek için roketler ve yapay Dünya uyduları üzerindeki ekipmanlar kaldırılır. Dünyanın manyetik kalkanını "delen" enerjik parçacıkların yaklaşık %99'u galaktik kökenli kozmik ışınlardır ve yalnızca %1'i Güneş'te oluşur. Dünyanın manyetik alanı, hem elektron hem de proton gibi çok sayıda enerjik parçacığı barındırır. Enerjileri ve konsantrasyonları Dünya'ya olan mesafeye ve jeomanyetik enleme bağlıdır. Parçacıklar, jeomanyetik ekvator etrafında Dünya'yı çevreleyen devasa halkaları veya kayışları dolduruyor.
Edward Kononoviç
İÇİNDE Son günler Bilimsel bilgi sitelerinde Dünya'nın manyetik alanıyla ilgili çok sayıda haber çıktı. Örneğin, son zamanlarda önemli ölçüde değiştiğine veya manyetik alanın dünya atmosferinden oksijen sızıntısına katkıda bulunduğuna veya hatta meralardaki ineklerin manyetik alan çizgileri boyunca yönlendirildiğine dair haberler. Manyetik alan nedir ve tüm bu haberler ne kadar önemlidir?
gezegenimizin etrafında manyetik kuvvetlerin faaliyet gösterdiği alandır. Manyetik alanın kökeni sorunu henüz tam olarak çözülmedi. Ancak çoğu araştırmacı, Dünya'nın manyetik alanının varlığının en azından kısmen çekirdeğinden kaynaklandığı konusunda hemfikirdir. Dünyanın çekirdeği katı bir iç kısım ve sıvı bir dış kısımdan oluşur. Dünyanın dönmesi sıvı çekirdekte sabit akımlar yaratır. Okuyucunun fizik derslerinden hatırlayacağı gibi, elektrik yüklerinin hareketi, etraflarında bir manyetik alanın oluşmasına neden olur.
Alanın doğasını açıklayan en yaygın teorilerden biri olan dinamo etkisi teorisi, çekirdekteki iletken bir sıvının konvektif veya türbülanslı hareketlerinin alanın kendi kendini uyarmasına ve sabit bir durumda kalmasına katkıda bulunduğunu varsayar.
Dünya manyetik bir dipol olarak düşünülebilir. Güney kutbu coğrafi Kuzey Kutbu'nda, kuzey kutbu ise sırasıyla Güney Kutbu'ndadır. Aslında Dünya'nın coğrafi ve manyetik kutupları sadece “yön” açısından örtüşmüyor. Manyetik alan ekseni Dünya'nın dönme eksenine göre 11,6 derece eğiktir. Fark çok önemli olmadığından pusula kullanabiliriz. Oku, tam olarak Dünya'nın Güney Manyetik Kutbu'nu ve neredeyse tam olarak Kuzey Coğrafi Kutbu'nu işaret ediyor. Pusula 720 bin yıl önce icat edilmiş olsaydı hem coğrafi hem de manyetik kuzey kutuplarını gösterirdi. Ancak bunun hakkında daha fazlası aşağıda.
Manyetik alan, Dünya sakinlerini ve yapay uyduları kozmik parçacıkların zararlı etkilerinden korur. Bu parçacıklar örneğin iyonize (yüklü) güneş rüzgarı parçacıklarını içerir. Manyetik alan, parçacıkları alan çizgileri boyunca yönlendirerek hareketlerinin yörüngesini değiştirir. Yaşamın varlığı için manyetik alanın gerekliliği, potansiyel olarak yaşanabilir gezegenlerin aralığını daraltır (varsayımsal olarak olası yaşam formlarının dünya sakinlerine benzer olduğu varsayımından yola çıkarsak).
Bilim insanları, bazı karasal gezegenlerin metalik bir çekirdeğe sahip olmadığı ve dolayısıyla manyetik alandan yoksun olduğu ihtimalini göz ardı etmiyor. Şimdiye kadar, Dünya gibi katı kayadan oluşan gezegenlerin üç ana katman içerdiği düşünülüyordu: katı kabuk, viskoz manto ve katı veya erimiş demir çekirdek. Yakın tarihli bir makalede, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden bilim insanları iki öneride bulundu: olası mekanizmalarçekirdeği olmayan "kayalık" gezegenlerin oluşumu. Araştırmacıların teorik hesaplamaları gözlemlerle doğrulanırsa, o zaman Evrende insansılarla karşılaşma olasılığını hesaplama formülünün veya en azından bir biyoloji ders kitabındaki resimleri anımsatan bir şeyin yeniden yazılması gerekecektir.
Dünyalılar manyetik korumalarını da kaybedebilir. Doğru, jeofizikçiler bunun tam olarak ne zaman olacağını henüz söyleyemezler. Gerçek şu ki, Dünya'nın manyetik kutupları sabit değildir. Periyodik olarak yer değiştirirler. Kısa bir süre önce araştırmacılar, Dünya'nın kutupların tersine dönmesini "hatırladığını" buldu. Bu tür "anıların" analizi, son 160 milyon yılda manyetik kuzey ve güneyin yaklaşık 100 kez yer değiştirdiğini gösterdi. Son kez bu olay yaklaşık 720 bin yıl önce meydana geldi.
Kutupların değişmesine manyetik alanın konfigürasyonunda bir değişiklik eşlik eder. "Geçiş dönemi" sırasında, canlı organizmalar için tehlikeli olan çok daha fazla kozmik parçacık Dünya'ya nüfuz eder. Dinozorların yok oluşunu açıklayan hipotezlerden biri, dev sürüngenlerin tam da bir sonraki kutup değişimi sırasında neslinin tükendiği yönünde.
Araştırmacılar, kutupları değiştirmeye yönelik planlanan faaliyetlerin "izlerine" ek olarak, Dünya'nın manyetik alanında tehlikeli değişimler de fark ettiler. Birkaç yıl boyunca durumuna ilişkin verilerin analizi, son aylarda kendisinde tehlikeli değişikliklerin meydana gelmeye başladığını gösterdi. Bilim adamları çok uzun zamandır alanın bu kadar keskin "hareketlerini" kaydetmemişti. Araştırmacıların ilgi alanı güney kesimde yer alıyor Atlantik Okyanusu. Bu alandaki manyetik alanın "kalınlığı" "normal" alanın üçte birini geçmiyor. Araştırmacılar, Dünya'nın manyetik alanındaki bu "deliği" uzun zamandır fark ediyorlardı. 150 yıl boyunca toplanan veriler, buradaki alanın bu dönemde yüzde on oranında zayıfladığını gösteriyor.
Şu anda bunun insanlık için ne tür bir tehdit oluşturduğunu söylemek zor. Alan kuvvetinin zayıflamasının sonuçlarından biri, oksijen içeriğinde (önemsiz de olsa) bir artış olabilir. Dünya atmosferi. Dünyanın manyetik alanı ile bu gaz arasındaki bağlantı, Avrupa Uzay Ajansı'nın bir projesi olan Cluster uydu sistemi kullanılarak kuruldu. Bilim insanları, manyetik alanın oksijen iyonlarını hızlandırdığını ve onları uzaya “attığını” buldu.
Manyetik alanın görülmemesine rağmen Dünya sakinleri bunu iyi hissediyor. Örneğin göçmen kuşlar yollarını ona odaklanarak bulurlar. Alanı tam olarak nasıl algıladıklarını açıklayan birkaç hipotez vardır. Son araştırmalardan biri, kuşların manyetik alanı görsel olarak algıladığını öne sürüyor. Göçmen kuşların gözündeki özel proteinler - kriptokromlar - manyetik alanın etkisi altında konumlarını değiştirebilirler. Teorinin yazarları, kriptokromların pusula görevi görebileceğine inanıyor.
Kuşların yanı sıra deniz kaplumbağaları da GPS yerine dünyanın manyetik alanını kullanıyor. Ve analizin gösterdiği gibi uydu fotoğrafları, Google Earth projesi kapsamında sunulan inekler. Dünyanın 308 bölgesindeki 8.510 ineğin fotoğraflarını inceleyen bilim insanları, bu hayvanların vücutlarını tercihen kuzeyden güneye (veya güneyden kuzeye) yönlendirdiği sonucuna vardı. Üstelik ineklerin “referans noktaları” coğrafi değil, dünyanın manyetik kutuplarıdır. İneklerin manyetik alanı algılama mekanizması ve buna verilen bu özel tepkinin nedenleri belirsizliğini koruyor.
Listelenen dikkat çekici özelliklere ek olarak, manyetik alan da auroraların ortaya çıkmasına katkıda bulunur. Sahanın uzak bölgelerinde meydana gelen ani saha değişiklikleri sonucu ortaya çıkarlar.
Manyetik alan, “komplo teorilerinden” biri olan ay sahtekarlığı teorisinin destekçileri tarafından göz ardı edilmedi. Yukarıda da bahsettiğimiz gibi manyetik alan bizi kozmik parçacıklardan korur. "Toplanan" parçacıklar, Van Alen radyasyon kuşakları adı verilen alanın belirli kısımlarında birikir. Ay'a inişin gerçekliğine inanmayan şüpheciler, radyasyon kuşaklarından geçerken astronotların radyasyon alacağına inanıyor. öldürücü doz radyasyon.
Dünyanın manyetik alanı, fizik yasalarının şaşırtıcı bir sonucu, koruyucu bir kalkan, bir dönüm noktası ve auroraların yaratıcısıdır. Eğer öyle olmasaydı Dünya'daki yaşam tamamen farklı görünebilirdi. Genel olarak manyetik alan olmasaydı icat edilmesi gerekirdi.
Dünyanın manyetik alanının yapısı ve özellikleri
Dünya yüzeyinden küçük bir mesafede, yarıçaplarının yaklaşık üçünde, manyetik alan çizgileri dipol benzeri bir düzenlemeye sahiptir. Bu bölgeye Dünya'nın plazmasferi denir.
Dünya yüzeyinden uzaklaştıkça güneş rüzgarının etkisi artar: Güneş tarafında jeomanyetik alan sıkışır ve karşı tarafta gece tarafında uzun bir kuyruğa doğru uzar.
Plazmosfer
İyonosferdeki akımlar, Dünya yüzeyindeki manyetik alan üzerinde gözle görülür bir etkiye sahiptir. Üst atmosferin bu bölgesi yaklaşık 100 km ve üzeri rakımlardan uzanır. İçerir çok sayıda iyonlar. Plazma, Dünya'nın manyetik alanı tarafından tutulur, ancak durumu, Dünya'nın manyetik alanının güneş rüzgarı ile etkileşimi ile belirlenir; bu, Dünya'daki manyetik fırtınalar ile güneş patlamaları arasındaki bağlantıyı açıklar.
Alan Seçenekleri
Dünya üzerindeki manyetik alan kuvvetinin dikey yönde olduğu noktalara manyetik kutuplar denir. Dünya üzerinde böyle iki nokta vardır: kuzey manyetik kutbu ve güney manyetik kutbu.
Manyetik kutuplardan geçen düz çizgiye Dünyanın manyetik ekseni denir. Manyetik eksene dik olan bir düzlemdeki büyük daireye manyetik ekvator denir. Manyetik ekvatorun noktalarındaki manyetik alan kuvveti yaklaşık olarak yatay bir yöne sahiptir.
Dünya yüzeyindeki ortalama alan kuvveti yaklaşık 0,5 Oe'dir (40 A/m) ve kuvvetle şunlara bağlıdır: coğrafi konum. Manyetik ekvatordaki manyetik alan kuvveti yaklaşık 0,34 Oe (Oersted), manyetik kutuplarda ise yaklaşık 0,66 Oe'dir. Bazı bölgelerde (manyetik anormalliklerin olduğu bölgelerde) gerilim keskin bir şekilde artar. Kursk manyetik anomalisi bölgesinde 2 Oe'ye ulaşır.
1995 yılında Dünya'nın dipol manyetik momenti 7,812x1025 G cm3 (veya 7,812x1022 A m2) idi ve son yıllarda ortalama olarak yılda 0,004x1025 G cm3 veya 1/4000 oranında azaldı.
Dünyanın manyetik alanının yaygın bir yaklaşımı, harmonik bir seri (Gauss serisi) biçimindedir.
Dünyanın manyetik alanı, Dünyanın manyetosferindeki hidromanyetik dalgaların uyarılmasından kaynaklanan jeomanyetik titreşimler adı verilen rahatsızlıklarla karakterize edilir; Titreşimlerin frekans aralığı milihertz'den bir kilohertz'e kadar uzanır.
Manyetik meridyen
Manyetik meridyenler, Dünya'nın manyetik alan çizgilerinin yüzeyine izdüşümleridir; Dünyanın kuzey ve güney manyetik kutuplarında birleşen karmaşık eğriler.
Dünyanın manyetik alanının doğası hakkında hipotezler
Son zamanlarda, Dünya'nın manyetik alanının ortaya çıkmasını sıvı metal çekirdekteki akım akışına bağlayan bir hipotez geliştirildi. “Manyetik dinamo” mekanizmasının çalıştığı bölgenin Dünya’ya 0,25-0,3 yarıçap uzaklıkta yer aldığı hesaplanıyor. Benzer bir alan oluşturma mekanizması diğer gezegenlerde, özellikle Jüpiter ve Satürn'ün çekirdeklerinde (bazı varsayımlara göre sıvı metalik hidrojenden oluşur) meydana gelebilir.
Dünyanın manyetik alanındaki değişiklikler
Magmatik tarafından elde edilen kalıcı mıknatıslanma çalışmaları kayalar Curie noktasının altına soğuduklarında, okyanus ortası sırtların eksenlerine paralel, okyanus kabuğunun şerit manyetik anomalilerinde kaydedilen, Dünya'nın manyetik alanının tekrarlanan ters çevrilmelerini gösterir.
Yayılma sırasında şerit manyetik anormalliklerinin oluşması.
Dünyanın manyetik kutuplarının değişmesi
Manyetik kutupların yer değiştirmesi 1885'ten beri kaydedilmektedir. Son 100 yılda güney yarımküredeki manyetik kutup neredeyse 900 km hareket etmiş ve şuraya ulaşmıştır: Hint Okyanusu. Kuzey Kutbu manyetik kutbunun durumuna ilişkin en son veriler (Arktik Okyanusu üzerinden Doğu Sibirya dünyasının manyetik anomalisine doğru ilerliyor), 1973'ten 1984'e kadar yolculuğunun 120 km, 1984'ten 1994'e kadar - 150 km'den fazla olduğunu gösterdi. Bu veriler hesaplanmış olsa da kuzey manyetik kutbunun ölçümleriyle doğrulanmaktadır. 2007 yılı başındaki verilere göre, kuzey manyetik kutbunun sürüklenme hızı 70'li yıllarda 10 km/yıl iken, 2004 yılında 60 km/yıl'a çıkmıştır.
Dünyanın manyetik alanının gücü düşüyor ve dengesiz bir şekilde. Son 22 yılda ortalama yüzde 1,7 oranında, bazı bölgelerde ise (örneğin Güney Atlantik Okyanusu'nda) yüzde 10 oranında düşüş yaşandı. Hatta bazı yerlerde manyetik alan şiddeti genel eğilimin aksine arttı.
Kutupların hareketinin hızlanması (ortalama yılda 3 km) ve manyetik kutup tersinmesi koridorları boyunca hareketleri (400'den fazla paleoinversiyon bu koridorların tanımlanmasını mümkün kılmıştır) kutupların bu hareketinin görülmesi gerektiğini düşündürmektedir. bir gezi olarak değil, Dünya'nın manyetik alanının başka bir tersine çevrilmesi olarak.
Bu, 90'lı yılların ortalarında 45°'ye ulaşan çıkıntıların açılma açısındaki (kuzey ve güneydeki manyetosferdeki kutupsal boşluklar) mevcut artışla doğrulanmaktadır. Güneş rüzgarından, gezegenler arası uzaydan ve kozmik ışınlardan gelen radyasyon materyali genişleyen boşluklara hücum etti, bunun sonucunda kutup bölgelerine daha fazla madde ve enerji girerek kutup başlıklarının daha fazla ısınmasına yol açabilir.
Geçmişte birçok kez manyetik kutup değişimleri yaşanmış ve hayat korunmuştu. Soru ne pahasına olursa olsun. Bazı hipotezlerin belirttiği gibi, Dünya'nın manyetosferi kutupların değişmesi sırasında bir süreliğine kaybolursa, o zaman Dünya'ya bir kozmik ışın akışı düşecek ve bu da karada yaşayanlar için tehlike oluşturacaktır; Manyetosfer ozon tabakasının incelmesiyle ilişkilidir. Mart 2001'de meydana gelen güneş manyetik alanının tersine çevrilmesi sırasında güneş manyetosferinin tamamen ortadan kaybolmasının kaydedilmemiş olması cesaret vericidir. Tam döngü Güneş'in manyetik alanının devrimi 22 yıldır.
Jeomanyetik koordinatlar (McIlwain koordinatları)
Kozmik ışın fiziğinde, jeomanyetik alandaki belirli koordinatlar (adını bu koordinatların kullanımını ilk öneren bilim adamı Carl McIlwain'den almıştır), manyetik alandaki parçacık hareketinin değişmezlerini temel aldıkları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Çift kutuplu alandaki bir nokta iki koordinat (L, B) ile karakterize edilir; burada L, manyetik kabuk veya McIlwain parametresidir (İngilizce L-kabuk, L-değeri, McIlwain L-parametresi), B manyetiktir alanın indüksiyonu (genellikle Gs cinsinden). Manyetik kabuğun parametresi genellikle, gerçek manyetik kabuğun jeomanyetik ekvator düzleminde Dünya'nın merkezinden ortalama mesafesinin Dünya'nın yarıçapına oranına eşit olan L değeri olarak alınır.
Araştırmanın tarihi
Mıknatıslanmış nesnelerin belirli bir yönde konumlandırılabilme yeteneği, birkaç bin yıl önce Çinliler tarafından biliniyordu.
1544 yılında Alman bilim adamı Georg Hartmann manyetik eğimi keşfetti. Manyetik eğim, Dünya'nın manyetik alanının etkisi altında iğnenin saptığı açıdır. yatay düzlem aşağı veya yukarı. Manyetik ekvatorun kuzeyindeki yarımkürede (coğrafi ekvatorla çakışmayan), okun kuzey ucu güneyde aşağıya doğru sapar - bunun tersi de geçerlidir. Manyetik ekvatorun kendisinde, manyetik alan çizgileri Dünya yüzeyine paraleldir.
Mıknatıslanmış nesnelerin bu tür davranışlarına neden olan Dünya'nın manyetik alanının varlığına ilişkin ilk varsayım, İngiliz hekim ve doğa filozofu William Gilbert tarafından 1600 yılında "Mıknatıs Üzerine" ("De Magnete") adlı kitabında yapılmıştır. deneyini bir manyetik cevher topu ve küçük bir demir okla anlattı. Gilbert, Dünyanın büyük bir mıknatıs olduğu sonucuna vardı. İngiliz gökbilimci Henry Gellibrand'ın gözlemleri, jeomanyetik alanın sabit olmadığını, yavaş yavaş değiştiğini gösterdi.
José de Acosta (Humboldt'a göre Jeofizik Biliminin Kurucularından biri) History (1590) adlı eserinde manyetik sapma olmadan dört çizgi teorisini ilk kez ortaya koydu (pusula kullanımını, sapma açısını, Manyetik ve Manyetik çizgiler arasındaki farkları anlattı). Kuzey Kutbu; Sapmalar 15. yüzyılın başlarında bilinmesine rağmen sapmaların bir noktadan diğerine dalgalanmasını tanımladı; sıfır sapma olan yerleri belirledi: örneğin Azorlar'da).
Manyetik iğnenin kuzey-güney yönünden saptığı açıya manyetik sapma denir. Christopher Columbus, manyetik sapmanın sabit kalmadığını, değişikliklerle birlikte değiştiğini keşfetti coğrafi koordinatlar. Columbus'un keşfi, Dünya'nın manyetik alanıyla ilgili yeni bir çalışmaya ivme kazandırdı: denizciler bu konuda bilgiye ihtiyaç duyuyordu. Rus bilim adamı M.V. Lomonosov, 1759'da “Büyük Doğruluk Üzerine Söylem” adlı raporunda deniz yolu" verilmiş değerli tavsiye Pusula okumalarının doğruluğunu artırmanıza olanak tanır. Karasal manyetizmayı incelemek için M.V. Lomonosov, sistematik manyetik gözlemlerin gerçekleştirileceği kalıcı noktalardan (gözlemevleri) oluşan bir ağ düzenlenmesini önerdi; Bu tür gözlemlerin denizde geniş çapta yapılması gerekmektedir. Lomonosov'un manyetik gözlemevleri düzenleme fikri yalnızca 60 yıl sonra Rusya'da gerçekleşti.
1831'de İngiliz kutup kaşifi John Ross, Kanada takımadalarında manyetik iğnenin işgal ettiği alan olan manyetik kutbu keşfetti. dikey pozisyon yani eğim 90°'dir. 1841'de James Ross (John Ross'un yeğeni), Antarktika'da bulunan dünyanın diğer manyetik kutbuna ulaştı.
Carl Gauss (Almanca: Carl Friedrich Gauss), Dünya'nın manyetik alanının kökeni hakkında bir teori ortaya attı ve 1839'da bunun ana kısmının Dünya'dan çıktığını ve değerlerinde küçük, kısa sapmaların nedenini kanıtladı. dış ortamda aranmalıdır.
kaynak - Vikipedi
Ayrıca bkz. bölüm- astronomi kitaplarını ücretsiz indirin
Ayrıca bkz. bölüm- astronomik makaleleri ve özetleri ücretsiz indirin
Ayrıca bkz. bölüm- çevrim içi satın al
Ayrıca bkz. bölüm- bilimsel dergilerden makaleler
