Магнитное поле: причины возникновения и характеристики
Уже давно магнитное поле вызывает множество вопросов у человека, но и сейчас остается малоизвестным явлением. Его характеристики и свойства пытались исследовать многие ученые, ведь польза и потенциал от применения поля были неоспоримыми фактами.
Давайте будем разбирать все по порядку. Итак, как действует и образуется любое магнитное поле? Правильно, от электрического тока. А ток, если верить учебникам по физике, – это имеющий направление поток заряженных частиц, не так ли? Так вот, когда ток проходит по любому проводнику, около него начинает действовать некая разновидность материи – магнитное поле. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц или магнитными моментами электронов в атомах. Теперь это поле и материя имеют энергию, ее мы видим в электромагнитных силах, которые могут влиять на ток и его заряды. Магнитное поле начинает воздействовать на поток заряженных частиц, и они меняют начальное направление движения перпендикулярно самому полю.
Еще магнитное поле можно назвать электродинамичным, ведь оно образуется около движущихся и воздействует только на движущиеся частицы. Ну а динамичным оно является из-за того, что имеет особое строение во вращающихся бионах на области пространства. Заставить их вращаться и двигаться может обыкновенный электрический движущийся заряд. Бионы передают любые возможные взаимодействия в этой области пространства. Поэтому движущийся заряд притягивает один полюс всех бионов и заставляет их вращаться. Только он может вывести их из состояния покоя, больше ничего, ведь другие силы не смогут влиять на них.
В электрическом поле находятся заряженные частицы, которые очень быстро двигаются и могут преодолеть 300 000 км всего за секунду. Такую же скорость имеет и свет. Магнитное поле не бывает без электрического заряда. Это значит, что частицы невероятно близко связаны друг с другом и существуют в общем электромагнитном поле. То есть, если будут любые изменения в магнитном поле, то изменения будут и в электрическом. Этот закон также обратен.
Мы тут много говорим про магнитное поле, но как же его можно представить? Мы не можем увидеть его нашим человеческим невооруженным глазом. Мало того, из-за невероятно быстрого распространения поля, мы не успеваем его зафиксировать при помощи различных устройств. Но чтобы что-то изучать, надо иметь хоть какое-нибудь представление о нем. Еще часто приходится изображать магнитное поле на схемах. Для того чтобы было проще понять его, проводят условные силовые линии поля. Откуда же их взяли? Их придумали неспроста.
Попробуем увидеть магнитное поле при помощи мелких металлических опилок и обыкновенного магнита. Насыплем на ровную поверхность эти опилки и введем их в действие магнитного поля. Затем увидим, что они будут двигаться, вращаться и выстраиваться в рисунок или схему. Полученное изображение будет показывать примерное действие сил в магнитном поле. Все силы и, соответственно, силовые линии непрерывны и замкнуты в этом месте.
Магнитная стрелка имеет сходные характеристики и свойства с компасом, и ее применяют, чтобы определить направление силовых линий. Если она попадет в зону действия магнитного поля, по ее северному полюсу мы видим направление действия сил. Тогда выделим отсюда несколько выводов: верх обычного постоянного магнита, из которого исходят силовые линии, обозначают северным полюсом магнита. Тогда как южным полюсом обозначают ту точку, где силы замыкаются. Ну а силовые линии внутри магнита на схеме не выделяются.
Магнитное поле, его свойства и характеристики имеют довольно большое применение, потому что во многих задачах его приходится учитывать и исследовать. Это важнейшее явление в науке физике. С ним неразрывно связаны более сложные вещи, такие как магнитная проницаемость и индукция. Чтобы разъяснить все причины появления магнитного поля, надо опираться на реальные научные факты и подтверждения. Иначе в более сложных задачах неправильный подход может нарушить целостность теории.
А сейчас приведем примеры. Все мы знаем нашу планету. Вы скажете, что она не имеет магнитного поля? Может, вы и правы, но ученые говорят, что процессы и взаимодействия внутри ядра Земли рождают огромное магнитное поле, которое тянется на тысячи километров. Но в любом магнитном поле должны быть его полюса. И они существуют, просто расположены немного в стороне от географического полюса. Как же мы его чувствуем? Например, у птиц развиты способности навигации, и они ориентируются, в частности, по магнитному полю. Так, при его помощи гуси благополучно прибывают в Лапландию. Специальные навигационные устройства также используют это явление.
Как возникает магнитное поле Земли?. 100 великих тайн Земли
Как возникает магнитное поле Земли?
Если бы у Земли не было магнитного поля, то и сама она, и мир живых организмов, населяющих ее, выглядели бы совсем иначе. Магнитосфера, словно громадный защитный экран, оберегает планету от космического излучения, которое беспрерывно обрушивается на нее. О мощности потока заряженных частиц, исходящего не только от Солнца, но и от других небесных тел, можно судить по тому, как деформировано магнитное поле Земли. Например, под напором солнечного ветра силовые линии поля с той его стороны, что обращена к Солнцу, прижаты к Земле, а с противоположной стороны развеваются, словно кометный хвост. Как показывают наблюдения, магнитосфера простирается на 70—80 тысяч километров в сторону Солнца и на многие миллионы километров в противоположном от него направлении.
Надежнее всего этот экран выполняет свои функции там, где он менее всего деформирован, где он располагается параллельно поверхности Земли или слегка наклонен к ней: в районе экватора или в умеренных широтах. А вот ближе к полюсам в нем обнаруживаются изъяны. Космическое излучение проникает к поверхности Земли и, сталкиваясь в ионосфере с заряженными частицами (ионами) воздушной оболочки, порождает красочный эффект – сполохи полярного сияния. Если бы этого экрана не было, космическая радиация беспрерывно бы проникала к поверхности планеты и вызывала мутации генетического наследия живых организмов. Лабораторные эксперименты показывают также, что отсутствие земного магнетизма отрицательно сказывается на формировании и росте живых тканей.
Загадки магнитного поля Земли тесно связаны с его происхождением. Наша планета вовсе не напоминает собой стержневой магнит. Ее магнитное поле устроено гораздо сложнее. Есть разные теории, объясняющие, почему Земля обладает этим полем. Ведь для того, чтобы оно существовало, необходимо, чтобы было выполнено одно из двух условий: либо внутри планеты располагается громадный «магнит» – некое намагниченное тело (долгое время ученые так и считали), либо там протекает электрический ток.
В последнее время наиболее популярна теория земной «динамо-машины». Еще в середине 1940-х годов ее предложил советский физик Я.И. Френкель. На 90 с лишним процентов магнитное поле Земли генерируется за счет работы этой «динамо-машины». Оставшуюся его часть создают намагниченные минералы, содержащиеся в земной коре.
Компьютерная модель магнитного поля Земли
Как же возникает магнитное поле Земли? На расстоянии примерно 2900 километров от ее поверхности начинается земное ядро – та область планеты, до которой никогда не удастся добраться исследователям. Ядро состоит из двух частей: твердого внутреннего ядра, спрессованного под давлением 2 миллиона атмосфер и содержащего в основном железо, а также расплавленной внешней части, которая ведет себя очень хаотично. Этот расплав железа и никеля постоянно пребывает в движении. Магнитное поле и создается за счет конвективных потоков во внешнем ядре. Эти потоки поддерживаются благодаря заметному перепаду температур между твердым внутренним ядром и мантией Земли.
Внутренняя часть ядра вращается быстрее внешней и играет роль ротора – вращающейся части электрогенератора, в то время как внешняя – роль статора (его неподвижной части). В расплавленном веществе внешнего ядра возбуждается электрический ток, который, в свою очередь, порождает мощное магнитное поле. Это и есть принцип динамо-машины. Иными словами, земное ядро представляет собой громадный электромагнит. Силовые линии созданного им магнитного поля начинаются в районе одного полюса Земли и заканчиваются в районе другого полюса. Форма и интенсивность этих линий варьируются.
Зародилось же магнитное поле Земли, как полагают ученые, еще в ту пору, когда только шло формирование планеты. Возможно, решающую роль сыграло Солнце. Оно запустило эту природную «динамо-машину», которая продолжает свою работу и теперь.
Ядро окружено мантией. Ее нижние слои находятся под большим давлением и разогреты до очень высоких температур. На границе, разделяющей мантию и ядро, протекают интенсивные процессы теплообмена. Перенос тепла играет ключевую роль. К более холодной мантии притекает тепло из раскаленного ядра Земли, и это сказывается на конвективных потоках в самом ядре, меняет их.
В зонах субдукции, например, участки морского дна опускаются в глубь Земли, почти достигая границы, разделяющей мантию и ядро. Эти куски литосферных плит, «отправленные» на переплавку в недра планеты, заметно холоднее той части мантии, где оказались. Они охлаждают окружающие их области мантии, и сюда начинает перетекать тепло со стороны ядра Земли. Процесс этот очень длительный. Расчеты показывают, что порой лишь по прошествии сотен миллионов лет температура охлажденных областей мантии выравнивается.
В свою очередь, раскаленное вещество, поднимаясь в виде громадных струй от границы, разделяющей мантию и ядро, достигает поверхности планеты. Этот круговорот вещества, эти сложные процессы перетекания вверх-вниз, на «лифте Земли» то раскаленного, то очень холодного вещества, несомненно, влияют на работу природной «динамо-машины». Рано или поздно она сбивается с привычного ритма, и тогда создаваемое ею магнитное поле начинает меняться. Компьютерные модели показывают, что время от времени все может кончиться сменой магнитных полюсов.
В этой смене полюсов нет ничего необычного. В истории нашей планеты такое происходило часто. Однако были эпохи, когда смена полюсов прекращалась. Например, в меловом периоде они не менялись местами на протяжении почти 40 миллионов лет.
Пытаясь объяснить этот феномен, французские исследователи во главе с Франсуа Петрели обратили внимание на положение континентов относительно экватора. Оказалось, чем больше континентов лежит в одном из полушарий Земли, тем чаще ее магнитное поле меняет свое направление. Если же, наоборот, континенты располагаются симметрично относительно экватора, то на протяжении многих миллионов лет магнитное поле остается стабильным.
Так, может быть, положение континентов влияет на конвективные потоки во внешней части ядра? В таком случае это влияние осуществляется через зоны субдукции. Когда почти все континенты находятся в одном из полушарий, там будет и больше зон субдукции. Массивная, холодная кора будет всё опускаться к границе, разделяющей мантию и ядро, и скапливаться там. Образовавшиеся заторы, несомненно, нарушат тепловой обмен между мантией и ядром. Компьютерная модель показывает, что конвективные потоки во внешнем ядре из-за этого тоже смещаются. Теперь уже и они асимметричны относительно экватора. Очевидно, при таком их расположении земную «динамо-машину» легче вывести из равновесия. Она, словно человек, вставший на одну ногу и готовый потерять равновесие от легкого толчка. Вот и магнитное поле внезапно «переворачивается».
Итак, весьма вероятно, что на смену магнитных полюсов влияют тектонические процессы, протекающие на нашей планете, и, прежде всего, движение континентов. Прояснить это могут дальнейшие палеомагнитные исследования, В любом случае ученые обнаруживают все больше фактов, которые свидетельствуют о том, что между движением литосферных плит на поверхности Земли и «динамо-машиной», создающей магнитное поле Земли и расположенной в самом центре планеты, есть определенная связь.
Читать книгу целиком
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
Как возникает магнитное поле Земли 🚩 Разное
В прошлом веке разными учеными было выдвинуто несколько предположений о том, как образуется магнитное поле Земли. Согласно одному из них, поле появляется в результате вращения планеты вокруг своей оси.
Она основана на любопытном эффекте Барнета-Энштейна, который заключается в том, что при вращении любого тела возникает магнитное поле. Атомы в этом эффекте имеют свой магнитный момент, так как вращаются вокруг своей оси. Так появляется магнитное поле Земли. Однако эта гипотеза не выдержала экспериментальных проверок. Оказалось, что магнитное поле, полученное таким нетривиальным образом, в несколько миллионов раз слабее реального.
Другая гипотеза основана на появлении магнитного поля вследствие кругового движения заряженных частиц (электронов) на поверхности планеты. Она тоже оказалась несостоятельной. Движение электронов способно вызвать появление очень слабого поля, к тому же эта гипотеза не объясняет инверсии магнитного поля Земли. Известно, что северный магнитный полюс не совпадает с северным географическим.
Механизм образования магнитного поля Земли и других планет Солнечной системы до конца не изучен и пока что остается загадкой для ученых. Тем не менее, одна предложенная гипотеза довольно хорошо объясняет инверсию и величину индукции реального поля. Она основана на работе внутренних токов Земли и солнечного ветра.
Внутренние токи Земли протекают в мантии, которая состоит из веществ, обладающих очень хорошей проводимостью. Источником тока выступает ядро. Энергия от ядра к поверхности земли передается с помощью конвекции. Таким образом, в мантии наблюдается постоянное движение вещества, которое и образует магнитное поле по известному закону движения заряженных частиц. Если связывать его появление только с внутренними токами, получается, что все планеты, у которых направление вращения совпадает с направлением вращения Земли, должны иметь идентичное магнитное поле. Однако это не так. У Юпитера северный географический полюс совпадает с северным магнитным.
В образовании магнитного поля Земли участвуют не только внутренние токи. Давно известно, что оно реагирует на солнечный ветер, поток высокоэнергетических частиц, идущих от Солнца в результате реакций, происходящих на его поверхности.
Солнечный ветер по своей природе представляет собой электрический ток (движение заряженных частиц). Увлекаемый вращением Земли, он создает круговой ток, который приводит к появлению магнитного поля Земли.
Как на человека влияет магнитное поле Земли — Рамблер/новости
Магнитное поле и живой организм
Современная наука уже доказала, что магнитное поле Земли влияет на живые организмы. Установлено также, что живые существа не только воспринимают электромагнитные потоки, но и генерируют собственные.
Биофизики и врачи отмечают положительное влияние магнитного поля на систему кровообращения — состояние кровеносных сосудов, активность переноса кислорода через кровь, транспортировку питательных веществ.
Еще в ХIХ веке французский невропатолог Ж. М. Шарко и русский клиницист С. П. Боткин обратили внимание на то, что магнитное поле успокаивающе действует на нервную систему. Советский ученый А. С. Пресман выдвинул гипотезу, согласно которой электромагнитные поля, существующие в природе, оказали воздействие на эволюцию живых организмов. По теории Пресмана, наряду с энергетическими взаимодействиями в биологических процессах существенную роль играют информационные взаимодействия. Причем, если чувствительность воспринимающих систем достаточно высока, передача информации электромагнитным полем может осуществляться при помощи весьма малой энергии. Эта теория получила подтверждение в исследованиях современных, в частности, американских ученых.
Всепроникающее воздействие
Особенности влияния магнитного поля на человека принципиально отличаются от любого другого воздействия — химического, теплового, радиационного, электрического. Например, если мускулатура и система кровообращения могут отчасти шунтировать опасный ток, а радиация частично поглотиться поверхностными слоями тела, то магнитное поле воздействует на организм целиком. Сотрудники Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской АН предполагают, что магнитные поля действуют в ультранизком диапазоне частот, а поэтому отвечают основным физиологическим ритмам — сердечному, мозговому, ритму дыхания.
В частности, подтверждено, что частоты так называемого «резонанса Шумана» (усиление электромагнитных атмосферных шумов) совпадают с частотами мозга.
По мнению ученых, в отличие от других физиологических воздействий человек может не чувствовать виляние магнитного поля, однако организм все же реагирует на него, в первую очередь, функциональными изменениями нервной, сердечнососудистой систем и мозговой деятельности.
Магнитное поле и психика
Психиатры уже давно прослеживают связь между всплесками интенсивности магнитного поля Земли и обострениями психических заболеваний, которые нередко приводят к суициду. Ведущий психиатр Колумбийского университета США Келли Познер отмечает, что «наиболее вероятное объяснение факта тесной зависимости между психологическими отклонениями у людей и геомагнитными бурями является то, что происходит рассогласование циркадных ритмов организма (циклические колебания интенсивности различных биологических процессов с периодом примерно от 20 до 28 ч.) и сбой в выработке мелатонина — основного гормона эпифиза, отвечающего за регуляцию суточных ритмов.Геомагнитные бури напрямую влияют на внутренние биологические часы организма в деструктивном режиме, тем самым провоцируя возникновение депрессивных состояний и повышение вероятности самоубийства».
На связь между нервно-психическими нарушениями и процессами магнитного поля Земли обратили внимание и британские ученые. Эту закономерность им удалось выявить исследуя около 40 тысяч больных.
Реакция на магнитные бури
В свое время отечественный биофизик Александр Чижевский на основе многочисленных статистических данных указывал на серьезность воздействия геомагнитных бурь на состояние здоровья человека. Такие бури, по мнению ученого, являются виновниками вспышек эпидемий чумы, холеры, дифтерии, гриппа, менингита и даже возвратного тифа. В Ереванском медицинском институте изучили влияние возмущения магнитного поля Земли на уровень заболеваемости инфарктом миокарда. Это заболевание удобно для исследования тем, что можно четко определить время начала его возникновения, а затем соотнести данные с временем начала магнитных бурь. Исследования показали, что в день прохождения магнитной бури и в течение ближайших двух дней возрастало количество обращений людей с сердечнососудистыми проблемами, а также число случаев с летальным исходом.Но врачи утверждают, что чаще всего человеческий организм реагирует на возмущение магнитного поля Земли не сразу, а примерно спустя сутки после начала магнитной бури.
Многочисленные исследования показывают, что геомагнитная активность влияет также и на кровеносную систему. Даже при бурях средней интенсивности свертываемость крови увеличивается примерно в 2,5 раз, возрастает и скорость оседания эритроцитов, что приводит к риску тромбообразования.
«Синдром дефицита магнитного поля»
Доктор биологических наук Петр Василик обнаружил, что в периоды усиления магнитного поля Земли рост человека замедлялся, но сейчас человечество переживает период спада активности магнитного поля планеты и, соответственно, этим Василик объясняет наблюдаемую сегодня акселерацию.
А по мнению японского ученого и врача Киочи Накагавы, слабеющая геомагнитная активность является причиной многих расстройств: плохого сна, потери аппетита, снижения иммунитета, склонности к частым заболеваниям, болезням суставов, кожи, мочеполовой системы, нервозности и общей слабости.
Теория Накагавы получила название «Синдром дефицита магнитного поля». Впрочем, дефицит магнитного поля может быть вызван искусственно. Например, в космическом корабле или в подводной лодке создается эффект экранирования магнитного поля. У людей, попавших в такие условия на длительное время обнаруживались значительные нарушения функциональных показателей, наблюдалось снижение обмена веществ и уменьшение общего количества лейкоцитов в крови, а также появлялись предвестники различных заболеваний.
восхитительные факты про магнитное поле Земли
Оно окутывает все на планете, начиная от самых маленьких магнитов и заканчивая всей нашей Землей, и встречается даже в космосе. Хотя мы уже немало знаем о магнитном поле нашей планеты, оно все еще таит в себе много загадок и демонстрирует странные явления.Недавние открытия особенно наглядно показали нам, как мало еще известно о геомагнетизме и о том, как эти силовые магнитные линии влияют не только на наш мозг, но даже причастны к созданию легендарных червоточин. Иногда где-то далеко за пределами земной атмосферы магнетические поля создают и затем сами же разрешают весьма любопытные загадки…
10. Магнетические моли
Фото: abc.net.au
Австралийские животные — одни из самых странных созданий на планете. А теперь это материковое государство может добавить к списку своих диковинок еще и первую в мире магнетическую моль. Диковинный вид назвали Agrotis infusa или богонской молью, и это существо уникально тем, что оно первое ночное насекомое, которое во время миграции использует магнитное поле Земли.
Открытие было сделано в 2018 году, и до него ученые долгое время не могли понять, как же именно миллиарды таких молей преодолевали расстояние в почти 1000 километров, и всегда возвращались в одни и те же пещеры в австралийских штатах Новый Южный Уэльс и Виктория (New South Wales, Victoria). В итоге разгадка была найдена после проведения экспериментов над несколькими из этих насекомых в специальных заизолированных помещениях. Оказалось, что богонская моль для навигации использует как раз магнитное поле, и она обычно сопоставляет его с определенными ориентирами на местности. Если одно из условий исчезает, насекомое сбивается с пути и не понимает, куда ему следовать.
Это очень интересное открытие, хотя оно и не помогло ученым понять, как именно перелетные птицы и другие животные, мигрирующие на большие расстояния, используют магнитосферу нашей планеты. Согласно одной интересной теории световые лучи влияют на определенные способности птиц на квантовом уровне. Вероятно, птицы лучше всего ориентируются по магнитному полю тогда, когда их глаза воспринимают свет. В светлое время суток в мозгу птицы на молекулярном уровне возникает электрический сигнал, который и помогает животному распознавать магнитное поле. Однако богонские моли ведут ночной образ жизни, так что их способ навигации, вероятно, работает совершенно иначе.
9. Эпицентр смены полюсов геомагнитного поля
Фото: Live Science
Магнитное поле Земли слабеет и истончается, и тоньше всего оно сейчас в районе между Южной Африкой и Чили, за что эту зону даже назвали Южно-атлантической аномалией. Исследователи решили внимательнее изучить этот регион в надежде, что там они найдут разгадку на вопрос о том, почему вообще все магнитное поле нашей планеты стало слабеть.
В 2018 году эксперты обнаружили еще одну аномалию, и в этот раз она растянулась от Южной Африки до Ботсваны. Когда люди железного века строили здесь свои глиняные дома, при их обжиге огонь сохранял магнетические минералы в глине таким образом, что по этим артефактам можно было определить состояние геомагнитного поля тех лет. На протяжении 1500 лет электромагнитное поле в этой части света то истончалось, то полностью меняло свое направление, то сжималось, то выдавалось наружу над общей схемой силовых линий.
Все эти перемены дали ученым основание полагать, что Южно-атлантическая аномалия происходила и ранее, и всякий раз она была предвестницей смены полюсов магнитного поля Земли. Если это, действительно, так, тогда необычная область в районе Южной Африки может стать тем самым местом, где и начнутся эти важнейшие перемены.
Нынешнее истончение магнитного поля нашей планеты может привести к 2 разным сценариям. Либо произойдет очередная переполюсовка, либо поле снова уплотнится, чтобы воспрепятствовать смене векторов. Второй вариант намного лучше, поскольку слабое магнитное поле не способно защищать нас от сильного ультрафиолетового излучения в достаточной мере. Все может начаться с регулярных перебоев в работе электросетей, которые в случае истончения станут слишком уязвимыми перед лицом геомагнитных бурь, а продолжится куда как более неприятными последствиями.
8. Загадка головной ударной волны
Фото: Live Science
Земля вращается вокруг Солнца на скорости примерно 108 тысяч километров в час. Совсем как нос корабля, разрезающий воду на своем пути, магнитное поле нашей планеты прокладывает нам путь сквозь чрезвычайно горячий солнечный ветер, постоянно производимый нашей звездой.
Долгое время исследователи считали, что эта головная ударная волна вокруг Земли и была причиной того, что солнечный ветер обычно рассеивается, достигая поверхности нашей родной планеты уже в качестве нежного бриза, а не испепеляющей стихии. Без этого загадочного процесса наша Земля давно бы уже обуглилась. Впрочем, все детали происходящего до сих пор не до конца изучены.
В 2018 году, вероятно, было сделано одно очень важное открытие. Оказывается, магнитное поле Земли разрушает солнечные электроны. Когда ученые проанализировали данные со спутников, собранные в зоне столкновения геомагнитного поля и солнечного ветра, они были поражены тем, как это поле буквально разрывает на части звездный ветер.
Когда солнечный ветер на сверхзвуковой скорости достигает области головной ударной волны Земли, электроны ускоряются так сильно, что они просто распадаются на части. В итоге разрушительная энергия солнечного ветра трансформируется в менее опасную теплоту.
7. Новая магнитная среда
Фото: space.com
Борьба между солнечным ветром и нашей магнитосферой не спасает Землю от солнечной радиации в полной мере. Распад частиц звездного ветра — это однозначно большая нагрузка для нашего магнитного поля, и в итоге его силовые линии периодически разрываются. Когда одна из таких линий рвется, высвобождается энергия, поглощенная полем из солнечного ветра, что приводит к неполадкам в работе электрических сетей, спутников и космических кораблей.
В 2018 году ученые решили провести очередное исследование, чтобы больше узнать о природе этой проблемы. В итоге они выяснили о магнетической активности нечто совершенно новое и абсолютно удивительное. Раньше ученые уже отмечали, что между солнечным ветром и магнитосферой существует особенная граница. Эту зону назвали магнитослоем. Однако активность в этой области была слишком повышенной, чтобы определить, не разрушаются ли заодно и линии нашего магнитного поля в этом же слое наряду с солнечными электронами. С помощью нескольких новых спутников ученые подтвердили, что процесс реконнекции (пересоединения) происходит тоже в этом магнитослое.
Когда происходит разрушение связей, частицы начинают двигаться в 40 раз быстрее, чем в обычном магнитном поле. Исследователи впервые обнаружили, что два чрезвычайно важных явления, связанных с заряженными солнечными частицами, происходят в одном и том же месте.
6. Магнитное поле Земли смещается на Запад
Фото: Live Science
Ученые наблюдают за магнитным полем нашей планеты уже больше 400 лет. Собранная за все это время информация все больше озадачивала исследователей, которые давно уже бьются над одной большой загадкой. По какой-то необъяснимой для нас причине геомагнитное поле смещается в западном направлении.
В 2018 году исследователи предложили новый и очень необычный ответ на этот вопрос. Струйные течения в воде, воздухе и даже ядре Земли создают так называемые волны Россби (Rossby). Все внешнее ядро нашей планеты — это фактически постоянно вращающаяся жидкость, и вместе с ней циркулируют эти волны.
По своей природе эти бегущие волны уже считаются довольно странным явлением, а волны Россби во внешнем ядре и вовсе ведут себя абсолютно отлично от всех остальных течений. Океанические и атмосферные волны Россби двигаются в сторону запада, а волны во внешнем ядре — на восток. Хотя ученые не могут точно вычислить направление, в котором двигается вся эта мощь из-за значительной глубины, на которой происходят эти процессы.
По мнению экспертов, вопреки восточной ориентированности волн Россби во внешнем ядре Земли, большая часть их энергии смещается на запад и оттягивает за собой магнитное поле. В любом случае у исследователей до сих пор нет четкого объяснения, почему геомагнитное поле сдвигается на запад со скоростью 17 километров в год.
5. Второе магнитное поле Земли
Фото: sciencealеrt.com
В очередной раз ученые с недоумением обнаружили нечто удивительное, что так долго находилось прямо перед их носом. Оказывается, нашу планету окружает целых 2 магнитных поля. Большинство людей знает о том, что наше главное магнитное поле своим существованием обязано процессам, происходящим в ядре Земли. Второе поле было открыто совершенно случайно, когда Европейское космическое агентство (European Space Agency) запустило на орбиту три новых спутника для изучения геомагнетизма.
После сбора данных исследователи обнаружили, что у нашей планеты есть еще один секрет. Целых 4 года ученые из ЕКА анализировали полученную информацию, пока в 2018 году они наконец-то не объявили о своей удивительной находке всему миру.
Вести о втором магнитном поле скрывались так долго потому, что его приливная сила крайне незначительна или почти незаметна. Если сравнивать ее с силой давно известного нам геомагнитного поля, она слабее его в целых 20 тысяч раз.
В любом случае ценность этого открытия для ученых крайне велика, особенно для тех из них, кто посвятил свою жизнь загадкам геомагнетизма. Каждая новая деталь дополняет общую картину, как кусочек пазла, и она вполне может помочь нам объяснить другие явления. Например, дать ответ на вопрос о том, почему магнитное поле Земли периодически меняет свои полюса, или как оба магнитных поля влияют друг на друга. Вдобавок новое открытие сможет помочь ученым лучше понять электрические свойства литосферы и земной коры.
4. Тайна Столпов Творения раскрыта
Фото: ibtimes.com
В 1995 году космический телескоп Хаббл (Hubble) засек так называемые «Столпы Творения», которые стали настолько знаменитыми, что их даже стали печатать на подставках для чашек и показывать в кино. Восхитительный образ переливающихся разными цветами колонн из межзвездного газа и пыли явно напоминает гигантские столпы, и, как известно, где-то там как раз и рождаются новые звезды.
Это скопление находится в 7 тысячах световых лет от Земли в туманности Орел, и загадка образования этих колонн оставалась нераскрытой вплоть до 2018 года. Новые наблюдения позволили ученым обнаружить поляризованное свечение, исходящее от столпов, что и выдало присутствие там магнитного поля. Когда специалисты смогли создать карту этих полей, происхождение знаменитой тройки наконец-то было разгадано.
Магнитные силы замедлили распространение межзвездного газа и космической пыли в пределах этой туманности, и под их воздействием образовались эти знаковые колонны, узнаваемые практически во всем мире. Внушительная космическая структура долгое время остается в своей нынешней форме именно из-за влияния магнитных полей, которые фактически защищают столпы от разрушения своей приливной силой, вектор которой противоположен направлению внешних магнетических сил окружающего эту область космоса. Учитывая тот факт, что в среде Столпов Творения постоянно формируются новые звезды, понимание природы магнетизма в их случае может изменить представление ученых о процессе образования звезд.
3. Магнитное поле Урана постоянно разрушается
Фото: space.com
Когда речь заходит о магнитном поле, Урану приходится непросто. В 2017 году ученые захотели изучить магнитосферу достаточно удаленной планеты, и для этого они использовали компьютерные симуляции и данные, полученные еще в 1986 году с космического аппарата NASA – Вояджера-2 (Voyager 2). В итоге мы узнали нечто неожиданное про и без того уже довольно странную для нас планету.
Ориентация Урана в пространстве отличается от почти всех других планет Солнечной системы тем, что его ось вращения как будто лежит на боку. Из-за этого магнитное поле планеты смещено от геометрического центра довольно необычным образом. День на Уране длится 17,24 часа, и магнитосфера этой планеты за один ее оборот вокруг собственной оси сильно перегружается. В некоторых местах это магнитное поле практически полностью разрушается, пока в других происходит реконнекция. Эта постоянная балансировка как раз и объясняет частое возникновение полярных сияний.
Данные с телескопа Хаббл ранее подтвердили, что на Уране образуются авроры, весьма похожие на наши земные. Магнитосфера, как правило, создает защитный блок, а ее истончение как раз и обуславливает полярное сияние. Похоже, что за столь частое возникновение аврор на Уране отвечает именно появление брешей в его магнитном поле, и сквозь эти «пробоины» частицы солнечного ветра попадают в атмосферу планеты, производя при контакте с газами световые шоу.
2. Магнитная кротовина
Фото: Smithsonian Magazine
Физики постоянно проводят очень странные опыты. В 2015 году они создали и вовсе нечто невероятное – магнитную червоточину. Кротовые норы – популярная тема среди любителей научной фантастики, но в этот раз все может зайти несколько дальше теорий и зрелищных фильмов. Согласно известной гипотезе кротовая нора способна связать две разные области в пространственно-временном континууме. Теоретически путешественник с помощью таких червоточин способен преодолеть просто невероятные расстояния за считанные доли секунды.
В 2015 году исследователи разработали устройство, представляющее собой металлическую сферу из нескольких слоев метаматериала, которое вряд ли в ближайшем будущем поможет нам отправлять космические экспедиции на другой конец Вселенной, но уже сейчас с его помощью ученые создали магнитную червоточину.
Внутри этой сферы физики поместили свернутую магнитную трубку, а потом все это устройство скрыли в другой магнитосфере. На какой-то момент цилиндр исчез буквально в никуда, а потом снова вернулся на свое место. Исчез он не в буквальном смысле, а просто стал невидимым для магнитных сенсоров.
Интересно в этом эксперименте то, что во время манипулирования электромагнитной энергией был создан магнитно невидимый туннель между взаимосвязанными полюсами магнита. Эта кротовина создала иллюзию разделения противоположных полюсов и благодаря ей появились «монополи», которые в природе просто не существуют.
1. Контроль над мозгом
Фото: Live Science
Одно из самых тревожных и необычных свойств магнитного поля – это возможность контролировать с его помощью работу головного мозга. В 2017 году ученые провели исследование, в ходе которого было совершено новое открытие. Посредством магнитных полей экспертам удалось дистанционным образом активировать клетки мозга подопытных мышей.
Главной целью воздействия стало полосатое тело, отдел головного мозга, отвечающий за движение животного. Невероятно, но ученые заставили крыс бегать, застывать на месте и крутиться на месте. Главным интересом для исследователей представляет возможность понять, как в нашей голове протекают процессы, ответственные за определенное поведение и эмоции. Вероятно, это подскажет нам, где находятся поведенческие отделы в человеческом мозгу, и поможет лечить такие состояния, как болезнь Паркинсона (дрожательный паралич).
Если вы относите себя к поклонникам теории заговора и переживаете, что с помощью этого открытия власти получат над нами полный контроль, можете выдохнуть свободно. Магнитные поля проходят через биологические ткани без каких-либо последствий. В проведенном эксперименте участие приняли не самые обычные крысы, а животные с введенными в их мозг микроскопическими частичками магнитов. Эти частички прикреплялись к клеткам мозга, после чего их разогревали с помощью симуляции магнитного поля, и крошечные магниты вынуждали нейроны активироваться таким образом, что мышь меняла свое поведение по заданному сценарию.
Что такое магнитное поле Земли? :: SYL.ru
Магнитное поле Земли – это образование, порождаемое источниками внутри планеты. Оно является объектом исследования соответствующего раздела геофизики. Далее рассмотрим подробнее, что собой представляет магнитное поле Земли, как оно образуется.
Общая информация
Недалеко от поверхности Земли, примерно на расстоянии трёх её радиусов, силовые линии от магнитного поля располагаются по системе «двух полярных зарядов». Здесь располагается область, называемая «плазменной сферой». С удалением от поверхности планеты нарастает влияние потока ионизированных частиц из солнечной короны. Это ведёт к сжатию магнитосферы со стороны Солнца, и напротив, магнитное поле Земли вытягивается с обратной, теневой стороны.
Плазменная сфера
Ощутимое воздействие на поверхностное магнитное поле Земли оказывает направленное движение заряженных частиц в верхних слоях атмосферы (ионосферы). Месторасположение последней — от ста километров и выше от поверхности планеты. Магнитное поле Земли удерживает плазмосферу. Однако её структура сильно зависит от активности солнечного ветра и взаимодействия его с удерживающим слоем. И частота магнитных бурь на нашей планете обусловлена вспышками на Солнце.
Терминология
Существует понятие «магнитная ось Земли». Это прямая, которая проходит через соответствующие полюсы планеты. «Магнитным экватором» называется большая окружность плоскости, перпендикулярная этой оси. Вектор на ней имеет приближенное к горизонтальному направление. Усреднённая напряжённость магнитного поля Земли значительно зависима от географического положения. Приблизительно она равна 0,5 Э, то есть 40 А/м. На магнитном экваторе этот же показатель равен примерно 0,34 Э, а вблизи полюсов он близок к 0,66 Э. В некоторых аномалиях планеты, например, в пределах Курской аномалии, показатель увеличен и составляет 2 Э. Силовые линии магнитосферы Земли со сложным строением, спроецированные на её поверхность и сходящиеся на её же полюсах, носят название «магнитных меридианов».
Природа возникновения. Предположения и догадки
Не так давно получило право на существование предположение о связи возникновения магнитосферы Земли с течением тока в жидкометаллическом ядре, находящемся на расстоянии четверти-трети радиуса нашей планеты. У учёных есть предположение и о так называемых «теллурических токах», протекающих вблизи земной коры. Следует сказать, что с течением времени происходит трансформация формирования. Магнитное поле Земли неоднократно изменялось в последние сто восемьдесят лет. Это зафиксировано в океанической коре, и об этом свидетельствуют исследования остаточной намагниченности. Путём сопоставления участков по обе стороны хребтов океана определяют время расхождения этих участков.
Сдвиг магнитных полюсов Земли
Местоположение этих участков планеты непостоянно. Регистрируется факт их смещений уже с конца девятнадцатого века. В Южном полушарии магнитный полюс сместился за это время на 900 км и оказался в акватории Индийского океана. В Северной части происходят аналогичные процессы. Здесь полюс смещается по направлению к магнитной аномалии в Восточной Сибири. С 1973 по 1994 годы расстояние, на которое сдвинулся здесь участок, составило 270 км. Эти предварительно рассчитанные данные подтвердились позже замерами. По последним данным, скорость движения магнитного полюса Северного полушария значительно увеличилась. Она выросла с 10 км/год в семидесятых годах прошлого века до 60 км/год в начале нынешнего. При этом напряжённость у земного магнитного поля неравномерно уменьшается. Так, за последние 22 года она в отдельных местах снизилась на 1.7%, а где-то на 10%, хотя есть и участки, где она, напротив, возросла. Ускорение в смещении магнитных полюсов (приблизительно на 3 км в год) даёт повод предположить, что наблюдаемое сегодня их перемещение не есть экскурс, это очередная инверсия.
Это косвенно подтверждается и увеличением так называемых «полярных щелей» на юге и севере магнитосферы. В образовавшиеся расширения стремительно проникает ионизированный материал солнечной короны и космоса. От этого в приполярных областях Земли собирается всё большее количество энергии, что само по себе чревато дополнительным разогревом полярных ледяных шапок.Координаты
В науке, изучающей космические лучи, используют координаты геомагнитного поля, названные в честь учёного Мак-Илвайна. Он первым предложил использовать их, поскольку они основаны на изменённых вариантах активности заряженных элементов в магнитном поле. Для точки используются две координаты (L, B). Они характеризуют магнитную оболочку (параметр Мак-Илвайна) и индукцию поля L. Последний – параметр, равный соотношению среднего удаления сферы от центра планеты к его радиусу.
«Магнитное наклонение»
Несколько тысячелетий назад китайцы сделали удивительное открытие. Они выяснили, что намагниченные предметы способны располагаться в определённом направлении. А в середине шестнадцатого века Георг Картманн – немецкий учёный — сделал очередное открытие в этой области. Так появилось понятие «магнитное наклонение». Под этим названием подразумевается угол отклонения стрелки вверх либо вниз от горизонтальной плоскости под влиянием магнитосферы планеты.
Из истории исследований
В области северного магнитного экватора, отличного от географического, северный конец отходит вниз, а в южном, наоборот, – вверх. В 1600 году английским врачом Уильямом Гильбертом впервые были сделаны предположения о наличии магнитного поля Земли, вызывающего определённое поведение предметов, предварительно намагниченных. В своей книге он описал опыт с шаром, снабжённым железной стрелкой. В результате исследований он пришёл к выводу о том, что Земля представляет собой большой магнит. Эксперименты проводил и английский астроном Генри Геллибрант. В результате своих наблюдений он пришёл к выводу о том, что магнитное поле Земли подвержено медленным изменениям.
Хосе де Акоста описал возможность использования компаса. Он также установил, чем отличаются Магнитный и Северный полюсы, а в его знаменитой Истории (1590) была обоснована теория о линиях без магнитного отклонения. Значительный вклад в изучение рассматриваемого вопроса внес и Христофор Колумб. Ему принадлежит открытие непостоянства магнитного склонения. Трансформации поставлены в зависимость от изменения географических координат. Магнитное склонение – это угол отклонения стрелки от направления Север–Юг. В связи с открытием Колумба активизировалось исследование. Сведения о том, что собой представляет магнитное поле Земли, крайне необходимы были мореплавателям. Работал над этой проблемой и М. В. Ломоносов. Он для изучения земного магнетизма рекомендовал вести системные наблюдения, используя для этого постоянные пункты (подобие обсерваторий). Также очень важно было, по мнению Ломоносова, это осуществлять и на море. Эта мысль великого учёного была реализована в России спустя шестьдесят лет. Открытие Магнитного полюса на Канадском архипелаге принадлежит полярному исследователю англичанину Джону Россу (1831 год). А в 1841 он же открыл другой полюс планеты, но уже в Антарктиде. Гипотезу о происхождении магнитного поля Земли выдвинул Карл Гаусс. Вскоре он же доказал, что большая часть его питается из источника внутри планеты, но причина его незначительных отклонений находится во внешней среде.
Магнитное поле Земли. Зачем нужно магнитное поле планетам
Почти все слышали, что наша планета Земля обладает магнитным полем. Это поле окутывает Землю и околоземное пространство.
Пространство, окутанное магнитным полем, называют магнитосферой. Если бы у Земли не было магнитного поля, то люди не смогли бы сделать компас, о котором мы знаем сегодня. Сразу следует отметить, что географические полюса Земли не совпадают с магнитными, поэтому, стрелка компаса указывает лишь приблизительное направление на север.
Более того, в настоящий момент, южный магнитный полюс находится ближе к северному географическому полюсу, чем к южному. На самом деле, магнитные полюса Земли со временем смещаются. Но обо всем по порядку.
Начнём с того, что магнитное поле нужно Земле (как и другим планетам), чтобы защищать её от нежелательного космического излучения. В космосе существует великое множество источников радиоактивного излучения, и Солнце — один из таких источников.
Оно постоянно испускает потоки электронов, протонов, ионов гелия и многих других частиц. Попадание этих частиц на Землю в таком количестве вредит живым организмам. Магнитное поле Земли отклоняет эти частицы, и те, подчиняясь магнитным линиям, направляются к полюсам. Поскольку, на полюсах, магнитные линии направлены вертикально вверх, весь поток частиц собирается в верхних слоях атмосферы. Именно тогда мы и видим северные и южные сияния.
Но, вторжение такого количества частиц не может пройти бесследно: это вызывает нагрев атмосферы и изменение силы некоторых электромагнитных полей. Такие явления называют магнитными бурями. Как известно, магнитные бури влияют на погоду и на состояние некоторых людей (например, людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями).
Иногда, на Солнце происходят процессы, которые называются солнечной активностью.
В результате некоторых из них, возникают сильные магнитные поля, которые не могут не оказывать влияние на Землю. Одно из таких явлений — это вспышка на Солнце. При вспышках, скорость частиц, испускаемых Солнцем, значительно возрастает, что приводит к возмущениям магнитосферы Земли. То есть, такие мощные потоки частиц способны внести некоторые изменения в магнитное поле Земли. Именно поэтому, в результате многих вспышек на Солнце, магнитные полюса Земли с годами смещаются.
Магнитные бури часто вызывают неполадки в работе электроприборов (например, помехи в радиоэфире). Теоретически при достаточно мощной вспышке на Солнце, может произойти, так называемая, электромагнитная катастрофа.
Магнитное поле Земли примет на себя удар огромной мощности. Из-за этого, повсеместно возникнут очень сильные токи, которые выведут из строя всю аппаратуру. Вспышка подобной мощности уже была в 1859 году. К счастью, тогда применение электричества только развивалось, поэтому, нанесенный урон был несравним с тем уроном, который может принести такая вспышка в наше время.
И ещё один интересный факт: на Земле существуют так называемые, магнитные аномалии. Это области, в которых магнитная стрелка компаса не показывает на магнитный полюс. Несмотря на это, стрелка постоянно отклонена на один и тот же угол, поэтому, такие аномалии всё же объясняются. Мы уже знаем, что проводник с током действует на магнитную стрелку. Поэтому, логично предположить, что в аномальных областях, где-то внутри земной коры протекает электрический ток, который и влияет на магнитную стрелку. Или же, это могут быть токи в атмосфере, которые по той или иной причине сильнее в данной области, чем в среднем. Например, самой известной в России магнитной аномалией является курская магнитная аномалия. Её площадь составляет около 160 км2, а напряженность магнитного поля втрое превышает обычную.
В этой зоне компасы вообще не работают. Ученые связывают эту аномалию с огромными залежами железной руды в этой области. Действительно, опыты подтверждают, что большое скопление различных пород, которые могут намагничиваться, способствуют появлению магнитных аномалий. Но, как говориться — нет худа без добра, теперь люди, намеренно ищут магнитные аномалии, чтобы обнаружить новые месторождения полезных руд. Следует заметить, что хоть люди и много знают о магнетизме, нельзя с уверенностью сказать, что мы полностью изучили магнетизм Земли. Тем не менее, мы ознакомились с основными явлениями, связанными с магнитным полем Земли.
